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(gè)完好的未骨折椎，其上方和下方相鄰的兩個(gè)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(jìn)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(shí)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(shí)的載荷。記錄并

3、比較各個(gè)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(duì)模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)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(yàn)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(xiǎn)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(píng)估
　　[目的]評(píng)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(duì)模型施加各種載荷，記錄并比較各個(gè)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?。籔KP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(duì)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(duì)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(qiáng)化的有限元生物力學(xué)評(píng)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(qiáng)化對(duì)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(qiáng)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(qiáng)化模型。對(duì)模型施加各種載荷，記錄并比較各個(gè)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(qiáng)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(duì)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(qiáng)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(jìn)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(duì)夾心椎及鄰近椎間盤應(yīng)力影響較小。
　　2.骨水泥滲漏會(huì)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(xiǎn)。
　　3.夾心椎預(yù)防性強(qiáng)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(qiáng)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(xiǎn)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(qiáng)化術(shù)。
　　[方法]收集2004年1月到2015年12月在我院接受椎體強(qiáng)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(píng)分(the visual analogue scores，VAS)、ODI評(píng)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(jì)骨水泥強(qiáng)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(shí)間等作為自變量，先后采用卡方檢驗(yàn)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(gè)夾心椎，初次強(qiáng)化總共226個(gè)骨折椎接受PKP或PVP治療，所有患者術(shù)后平均隨訪18個(gè)月。（1）PKP組68例患者包括73個(gè)夾心椎172個(gè)骨折椎、PVP組包括22例患者24個(gè)夾心椎54個(gè)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(píng)分、ODI評(píng)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(píng)分、ODI評(píng)分、骨水泥滲漏差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意

16、義(p>0.05)。隨訪中共有15個(gè)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(jì)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(xiàn)報(bào)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(yàn)顯示性別、年齡、身高、體重、累計(jì)骨水泥強(qiáng)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(shí)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(jì)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(jì)學(xué)意義（P<0.05）。進(jìn)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(xiǎn)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(qiáng)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(qiáng)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(xiǎn)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(xiàn)報(bào)道三明治骨折采用保守治療后的椎體再骨折率。
　　5.脊柱