低弹性模量骨水泥对骨质疏松压缩性骨折椎体及邻近椎体应力的影响：三维有限元分析

背景：椎体成形及椎体后凸成形可有效修复骨质疏松性椎体压缩性骨折，但注入骨水泥强化后可使骨折椎体及邻近椎体应力改变易导致新发骨折。
　　目的：应用三维有限元法分析不同弹性模量骨水泥注射椎体成形后骨折椎体及邻近椎体的应力变化。
　　方法：选取1个有代表性的健康成年男性志愿者行腰椎CT扫描，将图像处理后导出应用Mimics进行三维重建，应用Geomagic对三维模型进行光滑、打磨、去噪，Ansys Workbench下装配实体模型，赋值后建立L2-L4段骨质疏松椎体压缩性骨折模型。设定在L3椎体注入4 mL弹性模量分别为8000，4000，2000及1000 MPa的骨水泥，骨水泥在椎体中央呈球形分布。在L2上表面施加500 N预载荷，附加弯矩为50 N?m，约束L4下表面自由度。模拟L2-L4前屈、后伸、右屈及右侧轴向旋转4种运动状态，比较不同弹性模量骨水泥注射前后骨折椎体及上下邻近椎体的应力变化。
　　结果与结论：骨水泥注射后骨折椎体及邻近椎体应力均较治疗前明显增加，随骨水泥弹性模量的增加骨折椎体应力也随之增大，而邻近椎体应力无明显变化。提示降低骨水泥弹性模量可能是减少椎体成形后因骨折椎体及邻近椎体应力变化而发生骨折的一种方法。