PVP和PKP治療脊柱骨質(zhì)疏松性三明治骨折的有限元及臨床研究.pdf

1、第一部分脊柱胸腰段骨質(zhì)疏松性三明治骨折有限元模型的建立
　　[目的]探索建立脊柱胸腰段骨質(zhì)疏松性三明治骨折有限元模型的方法，為脊柱骨質(zhì)疏松性三明治骨折的有限元研究提供模型。脊柱三明治骨折定義：一個完好的未骨折椎，其上方和下方相鄰的兩個椎體均發(fā)生骨折，這種特殊類型的椎體骨折稱為三明治骨折，中間完好的未骨折椎稱為夾心椎。
　　[方法]選取男性志愿者1名，采用薄層 CT掃描胸腰段脊柱（T10——L2），使用Mimics15.0、A

2、NSYS12.0等軟件提取CT圖像，進行重建、優(yōu)化、網(wǎng)格化和組裝，采用骨質(zhì)疏松脊柱的材料參數(shù)，制作脊柱胸腰段骨質(zhì)疏松有限元模型。并將脊柱胸腰段骨質(zhì)疏松有限元模型中的 T11、L1椎體前緣高度降低35％制作脊柱胸腰段骨質(zhì)疏松性三明治骨折有限元模型來模擬T11、L1三明治骨折。在有限元模型T10椎體的上表面施加均勻分布的垂直向下力，共400N，模擬人體直立時的載荷，然后施加10Nm的力矩，分別模擬人體前屈、后伸、側(cè)彎和右旋轉(zhuǎn)時的載荷。記錄并

3、比較各個模型載荷下的變形和應(yīng)力分布。
　　[結(jié)果]建立了脊柱胸腰段骨質(zhì)疏松有限元模型和脊柱胸腰段骨質(zhì)疏松性三明治骨折有限元模型并對模型的有效性進行驗證。脊柱胸腰段骨質(zhì)疏松性三明治骨折有限元模型顯示T11、L1骨折后：有限元模型在前屈、側(cè)彎和右旋載荷下，夾心椎（T12）最大應(yīng)力均明顯增加，其中前屈載荷下夾心椎最大應(yīng)力增加52.89%，并且應(yīng)力向夾心椎終板集中；而T12/L1椎間盤在中立、前屈載荷下最大應(yīng)力明顯增加。
　　[結(jié)論

4、]
　　1、應(yīng)用螺旋CT掃描的數(shù)據(jù)和Mimics、ANSYS等軟件可以建立脊柱胸腰段骨質(zhì)疏松有限元模型和脊柱胸腰段骨質(zhì)疏松性三明治骨折有限元模型，通過驗證，上述模型可以用于有限元研究。
　　2、當(dāng)脊柱發(fā)生骨質(zhì)疏松性三明治骨折后，夾心椎的最大應(yīng)力明顯升高，應(yīng)力向夾心椎終板集中，夾心椎再骨折風(fēng)險增大。
　　第二部分 PVP和PKP治療脊柱三明治骨折的有限元生物力學(xué)評估
　　[目的]評估經(jīng)皮椎體成形術(shù)（Percutan

5、eous Vertebroplasty，PVP）和后凸成形術(shù)（Percutaneous Kyphoplasty，PKP）治療脊柱三明治骨折的有限元生物力學(xué)情況。
　　[方法]在脊柱胸腰段骨質(zhì)疏松性三明治骨折有限元模型的基礎(chǔ)上，建立PVP治療脊柱三明治骨折有限元模型及PKP治療脊柱三明治骨折有限元模型，模擬PVP和PKP治療脊柱三明治骨折。對模型施加各種載荷，記錄并比較各個模型載荷下的變形和應(yīng)力分布。
　　[結(jié)果]建立了PVP

6、治療脊柱三明治骨折有限元模型及PKP治療脊柱三明治骨折有限元模型。模型顯示，T11、L1三明治骨折后，PKP術(shù)后與術(shù)前相比各種載荷下模型整體最大變形和夾心椎最大應(yīng)力顯著減小，脊柱胸腰段剛度顯著增加；尤其是在前屈載荷下，夾心椎最大應(yīng)力減少36.62%，并且夾心椎前柱的應(yīng)力顯著減??；PKP術(shù)后夾心椎鄰近下位椎間盤（T12/L1椎間盤）各種載荷下最大應(yīng)力顯著減小，尤其是在直立、前屈、后伸、側(cè)彎載荷下，最大應(yīng)力減小十分顯著。而 PVP術(shù)后與術(shù)前

7、相比，夾心椎各種載荷下最大變形和應(yīng)力無明顯變化，脊柱胸腰段剛度無明顯改變，并且夾心椎前柱的應(yīng)力集中無顯著改變，夾心椎鄰近下位椎間盤（T12/L1椎間盤）各種載荷下的最大應(yīng)力部分增加。
　　[結(jié)論]與三明治骨折保守治療相比
　　1. PKP可以顯著增加脊柱胸腰段剛度，PVP對于脊柱胸腰段剛度無明顯改變。2. PKP可以減小夾心椎的最大應(yīng)力和減少夾心椎前柱的應(yīng)力集中；而PVP對于夾心椎的最大應(yīng)力及夾心椎前柱的應(yīng)力集中無明顯改變。

8、
　　3. PKP可以減小夾心椎鄰近下位椎間盤的最大應(yīng)力，而PVP可以增加夾心椎鄰近下位椎間盤的最大應(yīng)力。
　　第三部分 PKP治療脊柱三明治骨折術(shù)中骨水泥彌散、滲漏及預(yù)防性強化的有限元生物力學(xué)評估
　　[目的]探討PKP術(shù)中出現(xiàn)骨水泥彌散、滲漏及骨水泥滲漏后夾心椎預(yù)防性強化對夾心椎的有限元生物力學(xué)影響。
　　[方法]在PKP治療脊柱三明治骨折有限元模型的基礎(chǔ)上，通過有限元模擬PKP術(shù)中骨水泥彌散、滲漏及骨水泥滲

9、漏后將夾心椎預(yù)防性骨水泥強化的三種情況，分別建立骨水泥彌散模型、骨水泥滲漏模型和夾心椎預(yù)防性強化模型。對模型施加各種載荷，記錄并比較各個模型載荷下的變形和應(yīng)力分布。
　　[結(jié)果]建立骨水泥彌散模型、骨水泥滲漏模型和夾心椎預(yù)防性強化模型。模型顯示，與 PKP治療脊柱三明治骨折模型相比：骨水泥彌散后脊柱胸腰段剛度減小，骨水泥彌散對夾心椎及鄰近椎間盤應(yīng)力無明顯改變；骨水泥滲漏后，模型整體載荷下的變形顯著減少，脊柱胸腰段剛度增加，應(yīng)力向夾

10、心椎終板及骨折鄰近椎間盤集中，夾心椎前屈載荷下最大應(yīng)力由彌散模型的16.69 Mpa增加到19.75 Mpa，骨水泥滲漏后骨折鄰近椎間盤（T10/11、T11/12、T12/L1及 L1/2椎間盤）前屈載荷下最大應(yīng)力較骨水泥彌散狀態(tài)明顯增加，分別由4.17、1.74、2.46、1.59 Mpa增加到111.83、95.71、61.18、49.62Mpa；而夾心椎預(yù)防性強化后脊柱胸腰段剛度減小，骨折鄰近椎間盤載荷下最大應(yīng)力顯著降低，分別回

11、落到8.21、11.68、6.80、9.11 Mpa，夾心椎前屈載荷下的最大應(yīng)力進一步上升到35.47Mpa，但應(yīng)力分布向夾心椎后方關(guān)節(jié)突轉(zhuǎn)移和集中，夾心椎終板應(yīng)力顯著下降。
　　[結(jié)論]脊柱骨質(zhì)疏松性三明治骨折，采用PKP治療術(shù)中
　　1.骨水泥彌散有助于脊柱胸腰段剛度的減小，對夾心椎及鄰近椎間盤應(yīng)力影響較小。
　　2.骨水泥滲漏會造成脊柱胸腰段剛度的增加，應(yīng)力向夾心椎終板及骨折鄰近椎間盤集中，增加夾心椎再骨折及骨折

12、鄰近椎間盤退變的風(fēng)險。
　　3.夾心椎預(yù)防性強化后脊柱胸腰段剛度減小，骨折鄰近椎間盤的應(yīng)力顯著減小，有助于延緩椎間盤退變。
　　4.夾心椎預(yù)防性強化后應(yīng)力分布向夾心椎后方關(guān)節(jié)突轉(zhuǎn)移集中，夾心椎終板應(yīng)力顯著下降，夾心椎再骨折風(fēng)險降低。
　　第四部分 PVP和PKP治療脊柱骨質(zhì)疏松性三明治骨折的臨床研究
　　[目的]比較 PVP和 PKP治療脊柱骨質(zhì)疏松性三明治骨折的臨床療效并探討PVP和PKP術(shù)后夾心椎再骨折的相關(guān)

13、影響因素。PKP和PVP統(tǒng)稱為椎體強化術(shù)。
　　[方法]收集2004年1月到2015年12月在我院接受椎體強化術(shù)治療的脊柱骨質(zhì)疏松性三明治骨折患者資料，共90例。(1)參照手術(shù)方式患者分為兩組：PKP組，共68例；PVP組，共22例。比較兩組患者術(shù)前術(shù)后的VAS評分(the visual analogue scores，VAS)、ODI評分（Oswestry Disability Index，ODI)、三明治骨折節(jié)段后凸角。(2)

14、以PKP、PVP術(shù)后隨訪過程中夾心椎是否發(fā)生骨折作為二分類因變量，將90例患者分為夾心椎骨折組（n=15）和夾心椎未骨折組（n=75），選取性別、年齡、身高、體重、骨密度、累計骨水泥強化椎體數(shù)、夾心椎是否位于胸腰段、三明治骨折節(jié)段術(shù)前后凸角、手術(shù)方式、骨水泥注射入路（單或雙側(cè)）、骨水泥注射體積、夾心椎間隙骨水泥滲漏、三明治骨折節(jié)段術(shù)后后凸角、隨訪時間等作為自變量，先后采用卡方檢驗和多因素Logistic回歸分析。
　　[結(jié)果]90

15、例脊柱骨質(zhì)疏松性三明治骨折患者總共包含97個夾心椎，初次強化總共226個骨折椎接受PKP或PVP治療，所有患者術(shù)后平均隨訪18個月。（1）PKP組68例患者包括73個夾心椎172個骨折椎、PVP組包括22例患者24個夾心椎54個骨折椎接受治療。術(shù)后1天和歷次隨訪中，PKP組和PVP組VAS評分、ODI評分均較術(shù)前顯著改善(p<0.05)，兩組間除術(shù)后三明治骨折節(jié)段后凸角(p<0.05)外，VAS評分、ODI評分、骨水泥滲漏差異無統(tǒng)計學(xué)意

16、義(p>0.05)。隨訪中共有15個夾心椎發(fā)生骨折。兩組患者術(shù)后再骨折椎總數(shù)（p=0.044）和再骨折夾心椎數(shù)目（p=0.049）差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。其中 PKP組的術(shù)后椎體再骨折率（17.6%）和夾心椎再骨折率（10.96%）均低于文獻報道三明治骨折保守治療的椎體再骨折率（22%）和夾心椎再骨折率（12.5%）。（2）卡方檢驗顯示性別、年齡、身高、體重、累計骨水泥強化椎體數(shù)、夾心椎是否位于胸腰段、三明治骨折節(jié)段術(shù)前后凸角、骨水泥注射入

17、路（單或雙側(cè)）、骨水泥注射體積、隨訪時間、夾心椎間隙骨水泥滲漏等因素在夾心椎椎骨折組（n=15）與非骨折組（n=75）間差異無統(tǒng)計學(xué)無意義（P＞0.05）；骨密度、手術(shù)方式、三明治骨折節(jié)段術(shù)后后凸角在夾心椎椎骨折組與非骨折組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。進一步Logistic回歸分析顯示骨密度（BMD≤-3.5SD）與三明治骨折節(jié)段術(shù)后后凸角≥10°是術(shù)后夾心椎骨折發(fā)生的危險因素（P<0.05）。
　　[結(jié)論]
　　1

18、. PKP和PVP都是治療脊柱骨質(zhì)疏松性三明治骨折的安全有效方法。
　　2. PKP比PVP有著更強的后凸畸形矯正能力、術(shù)后夾心椎再骨折發(fā)生率較低。3.低骨密度（BMD≤-3.5SD）、椎體強化術(shù)后三明治骨折節(jié)段后凸角≥10°是術(shù)后
　　夾心椎發(fā)生再骨折的危險因素。
　　4.脊柱骨質(zhì)疏松性三明治骨折采用PKP治療后的總椎體再骨折率和夾心椎再骨折率均低于文獻報道三明治骨折采用保守治療后的椎體再骨折率。
　　5.脊柱