椎体强化术后恢复高度对邻近椎体的影响：一项有限元分析

doi:10.12307/2024.679

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (36): 5741-5746.doi: 10.12307/2024.679

• 骨与关节生物力学 bone and joint biomechanics • 下一篇

椎体强化术后恢复高度对邻近椎体的影响：一项有限元分析

商鹏1，崔伦旭1，马奔原1，侯光辉1，宋万振1，刘艳成2

1河北工业大学，机械工程学院，天津市 300401；2天津市天津医院骨科，天津市 300211

收稿日期:2023-08-21 接受日期:2023-11-01 出版日期:2024-12-28 发布日期:2024-02-27
通讯作者: 刘艳成，博士，副主任医师，天津市天津医院骨科，天津市 300211
作者简介:商鹏，女，天津市人，汉族，2008年天津大学毕业，博士，副教授，主要从事骨植入物、精密加工研究。
基金资助:
吴阶平医学基金会项目(320.6750.2022-18-49)，项目负责人：刘艳成；北京医卫健康公益基金会项目(B20371FN)，项目负责人：刘艳成；河北省教育厅科学研究项目(ZD2020124)，项目负责人：商鹏；河北省自然科学基金面上项目(E2022202164)，项目负责人：商鹏

Effect of restored height on neighboring vertebrae after vertebral body strengthening: a finite element analysis

Shang Peng1, Cui Lunxu1, Ma Benyuan1, Hou Guanghui1, Song Wanzhen1, Liu Yancheng2

1School of Mechanical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China; 2Department of Orthopedics, Tianjin Hospital, Tianjin 300211, China

Received:2023-08-21 Accepted:2023-11-01 Online:2024-12-28 Published:2024-02-27
Contact: Liu Yancheng, MD, Associate chief physician, Department of Orthopedics, Tianjin Hospital, Tianjin 300211, China
About author:Shang Peng, MD, Associate professor, School of Mechanical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China
Supported by:
Wu Jieping Medical Foundation Project, No. 320.6750.2022-18-49 (to LYC); Beijing Medical and Health Public Welfare Foundation Project, No. B20371FN (to LYC); Science Research Project of Education Department of Hebei Province, No. ZD2020124 (to SP); Hebei Provincial Natural Science Foundation (General Project), No. E2022202164 (to SP)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

椎体强化术：包括经皮椎体成形和经皮椎体后凸成形，现在被广泛应用于治疗骨质疏松性椎体压缩骨折，可以快速缓解疼痛、恢复患者的正常生活、减少卧床时间、提高生活质量。
有限元分析：是一种数值计算方法，用于解决工程和物理上的一些问题。它会将一个连续的复杂结构转变成一个个通过节点相连的几何单元，然后使用数学模型和近似方法来对这些单元进行建模，从而得出系统的行为和性能。

背景：椎体压缩骨折是当前骨科领域中常见的疾病，椎体强化术后邻近椎体发生再骨折是一个不可忽视的问题，这对患者的正常生活产生了严重的影响。

目的：旨在利用CT图像，建立不同恢复高度的椎体强化后模型。采用有限元分析的方法得出不同恢复高度下邻近椎体的应力情况，并进一步探讨椎体强化术后伤椎高度恢复的重要性。
方法：建立并验证了胸腰椎(T11-L3)有限元模型，并在此基础上构建了4种不同恢复高度(100%，80%，60%，40%)的L1术后有限元模型，其中骨水泥容量随着恢复高度的变化而变化。具体模型如下：Model 1为正常恢复高度的术后模型，骨水泥容量为8.3 mL；Model 2为L1前部高度切除20%，后凸角变为10.41°的术后模型，骨水泥容量为6.9 mL；Model 3为L1前部高度切除40%，后凸角变为20.17°的术后模型，骨水泥容量为4.7 mL；Model 4为L1前部高度切除60%，后凸角变为28.85°的术后模型，骨水泥容量为3.6 mL。对术后模型进行评估时，施加了 7 Nm的力矩和500 N的轴向力，记录并分析L2上终板和T12下终板的峰值应力，以及L2和T12松质骨的峰值应力。

结果与结论：①L2上终板、T12下终板、L2松质骨、T12松质骨各工况的最高峰值应力都出现在Model 1和Model 4，特别是T12下终板(除后伸工况外)，前屈、左右侧弯和左右旋转工况都在Model 4达到了最高峰值应力，应力分别为50.3，33.1，44.9，34.3，31.9 MPa；②根据邻近椎体终板和松质骨的峰值应力，排除Model 1和Model 4两个模型后，大部分工况的最小峰值应力都是出现在Model 2模型上，且Model 2模型出现最小峰值应力的情况占据了66.6%，尤其是在L2的上终板和松质骨(除后伸工况外)，最小峰值应力都是出现在了Mode 2上；③因此将恢复高度控制在原高度的100%和40%左右是比较危险的恢复高度，对邻近椎体的影响较大；将恢复高度控制在原高度的80%左右可能是一个较为理想的选择；恢复高度在原高度的80%左右，邻近椎体所承受的应力较小，从而减小了患者发生邻近椎体再骨折的风险。

https://orcid.org/0009-0003-2323-3624 (商鹏)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 骨质疏松性椎体压缩骨折, 胸椎, 腰椎, 椎体强化, 椎体恢复高度, 有限元分析

Abstract: BACKGROUND: Vertebral compression fracture is a common disease in the current orthopedic field. However, the occurrence of re-fracture in neighboring vertebrae after surgery is a problem that cannot be ignored, which has a serious impact on the normal life of patients.
OBJECTIVE: The aim of this study is to establish four postoperative models with different recovery heights using computed tomography images. By using finite element analysis, we derived the stresses on the neighboring vertebrae at different recovery heights and further explored the importance of postoperative recovery of the height of the injured vertebrae.
METHODS: A finite element model of the thoracolumbar spine (T11-L3) was established and validated, on the basis of which four postoperative finite element models of L1 with different recovery heights of 100%, 80%, 60%, and 40% were constructed, in which the cement capacity varied with the recovery height. The specific models are as follows: Model 1 was the postoperative model with normal recovery height, and the cement capacity was 8.3 mL. Model 2 was the postoperative model in which 20% of the anterior height of the L1 was removed and the posterior convexity angle became 10.41°, and the cement capacity was 6.9 mL. Model 3 was the postoperative model in which 40% of the anterior height of the L1 was removed and the posterior convexity angle became 20.17°, and the cement capacity was 4.7 mL. Model 4 was a postoperative model with 60% of the L1 anterior height removed and the posterior convexity angle changed to 28.85°, with a cement capacity of 3.6 mL. For evaluation of the postoperative model, we applied a moment of 7 Nm and an axial force of 500 N. The followings were recorded and analyzed: peak stresses in the L2 upper endplate and T12 lower endplate; peak stresses in the L2 and T12 cancellous bone.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The highest peak stresses for each condition of the L2 upper endplate, T12 lower endplate, L2 cancellous bone, and T12 cancellous bone occurred in Model 1 and Model 4. In particular, the T12 lower endplate, except for the posterior extension condition, the anterior flexion, left and right lateral bending, and left and right rotation conditions all reached their highest peak stresses in Model 4, with stresses of 50.3, 33.1, 44.9, 34.3, and 31.9 MPa. (2) Based on the peak stresses in the adjacent vertebral endplates and cancellous bone, after excluding Model 1 and Model 4, the minimum peak stresses for most of the conditions appeared in the Model 2, and the minimum peak stresses appeared in the Model 2 in 66.6% of the cases, especially in the upper endplates of the L2 and cancellous bone except for the posterior extension condition, the minimum peak stresses all appeared on the Model 2. (3) Therefore, controlling the recovery height at about 100% and 40% of the original height was a dangerous recovery height, which had a greater impact on the neighboring vertebrae. Controlling the recovery height at about 80% of the original height may be a more ideal choice. With a recovery height of about 80% of the original height, the adjacent vertebrae are subjected to less stress, thus reducing the risk of re-fracture of the adjacent vertebrae in the patient.

Key words: osteoporotic vertebral compression fracture, thoracic spine, lumbar spine, vertebral body strengthening, vertebral body recovery height, finite element analysis

中图分类号:

商鹏, 崔伦旭, 马奔原, 侯光辉, 宋万振, 刘艳成. 椎体强化术后恢复高度对邻近椎体的影响：一项有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(36): 5741-5746.

Shang Peng, Cui Lunxu, Ma Benyuan, Hou Guanghui, Song Wanzhen, Liu Yancheng. Effect of restored height on neighboring vertebrae after vertebral body strengthening: a finite element analysis[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(36): 5741-5746.

图/表（结果） 4

2.1 正常胸腰椎有限元模型的验证为了验证此次研究所建立有限元模型的有效性，使用正常的胸腰椎(T11-L3)有限元模型和材料属性，并模拟正常人体在前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转这6个工况下的运动。同时，将胸腰椎(T11-L3)模型中的L3椎节下表面施加固定约束，并在T11椎节上表面分别施加5 Nm力矩和300 N力加5 Nm力矩，以模拟没有预载荷和有预载荷下的前屈和后伸工况；侧弯和旋转工况通过施加5 Nm力矩来模拟相应的动作。为了对比分析，将活动度仿真结果与现有的尸体实验结果进行对比[30]。
仿真结果和尸体实验结果如图3所示。因为有限元模型的骨骼形貌和力学参数与正常人体骨骼存在差异，并且不同人体胸腰椎也存在一定的差别，因此对于尸体实验结果和有限元分析得出的结果必然会存在差别。但这些差异并没有超出研究所关注的范围，即有限元模型活动度基本落在误差棒内，且5 Nm力矩时活动度变化趋势相同。并且，此次研究主要观察同一工况下的峰值应力变化。因而，此模型基本符合此次研究的需要。

2.2 邻近椎体骨性终板的应力根据不同加载方向下的4个术后模型在L2上终板和T12下终板上的峰值应力变化(如图4，5所示)，可以得出以下观察和结论：

对比发现，在L2上终板方面，随着恢复高度降低，前屈工况下的峰值应力呈上升趋势。然而，后伸工况在Model 3时达到峰值应力最低点，显示出先下降后上升的趋势。剩余4个工况的变化趋势相似，在Model 2的位置达到最低点。具体数值方面，前屈工况下的最小峰值应力为11.7 MPa(出现在Model 1)，后伸工况下的最小峰值应力为12.4 MPa(出现在Model 3)，左右侧弯和左右旋转工况下的最小峰值应力分别为21.6，22.5，13.4，13.1 MPa(均出现在Model 2)，而后伸工况下的最大峰值应力为35.4 MPa(出现在Model 1)，前屈、左右侧弯和左右旋转工况下的最大峰值应力分别为38.2，32.0，33.5，28.6，28.8 MPa(均出现在Model 4)。
而在T12下终板方面，峰值应力的变化情况与L2上终板不尽相同。前屈和左右旋转工况呈上升趋势，后伸工况与L2上终板相似，左右侧弯工况在Model 1至Model 3变化较平缓，波动有限。具体数值方面，后伸、左侧弯工况下的最小峰值应力分别为13.1，22.1 MPa(均出现在Model 3)，前屈、右侧弯、左右旋转工况下的最小峰值应力分别为17.2，30.7，15.5，16.6 MPa(均出现在Model 1)。除了后伸工况外，前屈、左右侧弯和左右旋转工况下的最大峰值应力分别为50.3，33.1，44.9，34.3，31.9 MPa(均出现在Model 4)。
2.3 邻近椎体松质骨应力根据不同加载方向下的4个术后模型在L2松质骨和T12松质骨上的峰值应力变化(如图6，7所示)，可以得出以下结论：

通过对比发现，L2松质骨上各工况随恢复高度的降低，峰值应力的变化趋势和L2上终板的峰值应力变化趋势是相似的。前屈工况呈上升趋势，左右侧弯和左右旋转工况的峰值应力变化为先下降后上升，而后伸工况呈下降趋势。具体数值方面，前屈工况下的最小峰值应力为0.374 MPa(出现在Model 1)，后伸工况下的最小峰值应力为0.438 MPa(出现在Model 4)，左右侧弯和左右旋转工况下的最小峰值应力分别为0.617，0.744，0.398，0.407 MPa(均出现在Model 2)。前屈工况下的最大峰值应力为0.818 MPa(出现在Model 4)，后伸、左右侧弯和左右旋转工况下的最大峰值应力分别为1.05，0.902，0.947，0.655，0.658 MPa(均出现在Model 1)。
在T12松质骨方面，峰值应力变化趋势除左右侧弯外与L2上终板的峰值应力变化趋势相似。前屈工况呈上升趋势，后伸工况仍然表现为先下降后上升，最低点出现在Model 3。左右侧弯工况在4个模型中的变化幅度相对较小。左右旋转工况仍然呈现出与其他工况相似的趋势，即先下降后上升。具体数值方面，前屈工况下的最小峰值应力为0.557 MPa(出现在Model 1)，后伸和左右侧弯工况下的最小峰值应力分别为0.409，0.773，0.823 MPa(均出现在Model 3)，左右旋转工况下的最小峰值应力分别为0.428 3，0.428 1 MPa(均出现在Model 2)。前屈、左右旋转工况下的最大峰值应力分别为0.942，0.719，0.713 MPa(均出现在Model 4)，后伸、左右侧弯工况下的最大峰值应力分别为0.911，0.791，0.885 MPa (均出现在Model 1)。

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引言

骨质疏松症是一种常见的老年人疾病，其特征是骨量减少和骨结构退化，尤其是皮质骨变薄和松质骨变得多孔，这会导致骨密度和骨强度下降，无法提供足够的支撑[1-3]。在跌倒或进行剧烈运动时，就可能导致骨质疏松性椎体压缩骨折的发生。随着人口老龄化的加剧[4]，患有骨质疏松症的人数逐渐增多，骨质疏松性椎体压缩骨折作为其并发症，主要特征是胸腰处的背部疼痛、脊柱后凸畸形以及运动困难等症状，严重影响患者的正常生活质量，发生的概率较其他类型的骨折更高[5-6]，已经成为了一种备受关注的健康问题。目前，对于椎体压缩骨折的治疗方式主要分为保守治疗和手术治疗两种[7]。保守治疗需要患者长期卧床，但这期间会伴随着一系列并发症，如压疮、坠积性肺炎、泌尿系统感染和肌肉萎缩等。因此，越来越多的人选择手术治疗，即椎体强化术(percutaneous vertebral augmentation，PVA)，PVA能够有效治疗椎体压缩骨折。椎体压缩骨折发生后，患者伤椎位置会出现高度丢失的现象，在手术治疗过程中可以对其高度进行恢复，然而对于高度恢复程度的选择目前尚无确定的标准。根据以往研究发现，恢复过高或过低都可能会导致邻近椎体再次骨折的发生。尽管如此，PVA仍然是一种微创且高效的治疗方法，能够有效治疗椎体压缩骨折。
目前，PVA主要包括经皮椎体成形术和经皮椎体后凸成形术2种[8]，这2种椎体强化技术都通过将骨水泥注入受损椎体中，以达到即刻稳定脊柱、恢复高度和缓解疼痛的治疗目的[9-10]。然而，PVA术后出现邻近椎体再骨折的情况已经被广泛观察到[11]。临床观察表明，恢复高度可能是导致邻近椎体再骨折的重要因素之一[12]。但尚不清楚在PVA术后，将伤椎的恢复高度调整到何种程度是适宜的，以及不同的恢复高度是否会对术后邻近椎体产生影响，或者增加邻近椎体再骨折的风险。
根据以往的文献研究，PVA术后出现的伤椎高度恢复不理想和残余的后凸畸形可能会导致脊柱前倾，Cobb角增加，人体重心前移，进而增加邻近椎体承受的应力[13-15]。此外也有研究表明，过度矫正伤椎的高度可能也会增加邻近椎体发生再骨折的风险[16]。例如，YANG等[17]根据术后邻近椎体是否发生压缩骨折将参与者分为2组，研究结果显示再骨折组中伤椎的恢复高度大于未发生再骨折组，因此，他们认为在骨水泥强化术中不应过度追求高度的恢复，只需达到合适的恢复高度即可。目前不同伤椎恢复高度对邻近椎体的影响程度仍不明确，需要进一步的研究来加深理解。
此次研究建立了4种不同恢复高度的有限元模型，并且通过载荷的施加来模拟患者的前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6个工况，进一步分析伤椎不同恢复高度对邻近椎体的影响，旨在为PVA过程和患者术后恢复提供更加科学有效的指导。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计三维有限元分析实验。
1.2 时间及地点实验于2023年4-7月在河北工业大学完成。
1.3 材料
1.3.1 胸腰椎CT数据选择一名28岁健康男性志愿者，身高173 cm，体质量63 kg，无内外科疾病史，无肢体残疾、创伤史。对志愿者进行胸腰椎CT扫描，扫描切片的厚度为0.625 mm，CT图像以DICOM格式保存影像资料，志愿者对实验方案知情同意。此次研究经天津市天津医院医学伦理委员会审查通过(批号：2023医伦审048，批准时间：2023-02-23)。
1.3.2 实验软件 Mimics 21.0、Geomagic Wrap 2021、Solidworks 2018、Hypermesh 2021、Ansys Workbench 2021均由河北工业大学提供。
1.4 方法
1.4.1 完整胸腰椎T11-L3有限元模型的建立将提取到的胸腰椎CT数据导入到三维重建医学软件Mimics 21.0中。在Mimics软件中，使用阈值技术对CT图像中的软组织和骨骼进行分割，并利用蒙版功能编辑和选择所需的图像区域。随后，使用Calculate 3D功能生成胸腰椎(T11-L3)的几何模型，并将所有椎骨模型以STL格式保存并导出。这些STL文件随后被导入到Geomagic Wrap 2021软件中进行修补、光滑、降噪、网格化和曲面拟合等处理，以构建实体模型。每个椎节模型都以STEP格式导出。接下来，将每个椎节模型导入到Solidworks 2018软件中进行装配操作，并以STEP格式导出。然后，将文件导入到Hypermesh 2021软件中对椎骨进行网格划分，并构建韧带和软组织模型，完成胸腰椎(T11-L3)有限元模型的建立。最后，将所有模型导入到Ansys Workbench 2021软件中进行有限元仿真分析。

图1展示了用于仿真的胸腰椎(T11-L3)有限元模型。该模型由多个组成部分构成，包括皮质骨、松质骨、骨性终板、小关节软骨、软骨终板、椎间盘、前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、横韧带、棘上韧带、棘间韧带和关节囊韧带。椎间盘由髓核和纤维环组成[18]，纤维环又可以进一步细分为纤维环基质和纤维环纤维，纤维环纤维以斜角45°的方式嵌入到纤维环基质中，这种结构使纤维环在每一层的表面形成交叉的网状结构[19-20]。

在该模型中，皮质骨、骨性终板、小关节软骨、软骨终板、髓核和纤维环基质使用六面体单元进行建模，采用的单元类型solid185，根据以往文献研究体单元网格尺度为0.6-1.0 mm时较为合理，同时兼顾了计算精度和时间，因而此文皮质骨的平均单元厚度为1 mm[21]。小关节之间的初始间隙设置为0.1 mm[22]，并且考虑到滑膜和滑液的存在，将小关节之间的接触关系定义为无摩擦接触[23]。在网格划分过程中，将皮质骨与松质骨、椎间盘和骨性终板、小关节软骨和皮质骨直接设置为共节点，避免设置接触属性。松质骨使用四面体单元进行建模，单元类型同样为solid185。纤维环纤维和韧带使用一维杆单元来模拟真实的韧带结构。

材料属性由表1所示，皮质骨、松质骨、骨性终板、软骨终板定义为各向同性均质线弹性材料，椎间盘和关节软骨采用几乎不可压缩的超弹性材料[24-25]。

1.4.2 手术有限元模型的建立根据表1所示的材料属性，对模型中皮质骨和骨性终板的弹性模量进行了降低，降低为原始值的67%；而松质骨的弹性模量降低为原始值的34%[26]。随后，根据L1椎节术后恢复高度的不同，分别切除L1前部高度的20%，40%和60%，构建出恢复高度为80%，60%，40%的L1有限元模型。并根据现有国内外研究，按照不同恢复高度构建出不同的骨水泥容量[27]，从高到低分别为8.3，6.9，4.7，3.6 mL，骨水泥注入方式为单侧注入，并将其导入到Hypermesh 2021中进行网格划分，构建出4种不同恢复高度(分别为100%，80%，60%，40%)的有限元模型，分别为图2中的Model 1、Model 2、Model 3和Model 4。如图2所示，随着恢复高度的降低，T11和T12两个椎节的前倾程度越来越大，胸腰椎(T11-L3)的后凸角也随之增加[28]。从Model 1的0°增加到Model 2的10.41°、Model 3的20.17°，最后到Model 4的28.85°。

1.4.3 载荷与边界条件为了模拟手术后患者脊柱在不同动作状态下的运动情况，参考了相关的文献[29]。在Ansys Workbench 2021中，设置了以下边界条件和载荷：①边界条件：胸腰椎(T11-L3)模型中L3椎节下表面的6个自由度被全部约束，以模拟固定状态。②载荷设置：在6个工况中，沿Z轴负方向施加大小为500 N的均布载荷，以模拟不同动作状态下的垂直负荷。通过对胸腰椎(T11-L3)模型在不同方向上施加7 Nm的力矩，来模拟前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转这6个动作状态。以上设置将允许在仿真中模拟不同动作状态下胸腰椎(T11-L3)的运动，并得出相应的仿真数据。
1.5 主要观察指标主要采用2个有限元指标进行评估：①L2上终板和T12下终板的应力；②L2和T12 松质骨的应力。

讨论

3.1 应力结果分析此文主要针对此问题使用有限元分析方法，通过建立4种不同恢复高度的术后有限元模型，模拟前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转6个工况，以T12下终板和L2上终板的峰值应力、T12和L2松质骨的峰值应力作为主要观察指标。探讨伤椎不同恢复高度对于邻近椎体发生再骨折是否存在联系，并确定伤椎的最佳恢复高度，以最大限度地减少邻近椎体再次骨折的风险。
根据有限元仿真数据，观察到Model 4模型在终板和松质骨的方面呈现出较高的峰值应力，特别是对于邻近椎体的终板。尽管L2上终板和T12下终板的后伸工况中，最大峰值应力在Model 1中出现，然而除此之外，邻近终板的最大峰值应力普遍出现在Model 4。在邻近椎体的松质骨方面，Model 1和Model 4均显示出最大峰值应力。综合考虑邻近椎体的骨性终板和松质骨的峰值应力情况，可以发现Model 4和Model 1对邻近椎体均具有较大的影响。具体而言，恢复高度为40%和100%均可能对邻近椎体造成潜在影响，但是伤椎恢复高度为40%时的情况更为危险，其最大峰值应力出现的工况占比达58.3%。这或许是由于恢复高度为40%时后凸角度过大，导致应力分布集中在椎体前部，从而增加邻近椎体发生骨折的风险。
根据上述分析结果，可以得出Model 1和Model 4两个模型在邻近椎体的峰值应力方面表现较高；相比之下，Model 2和Model 3两个模型似乎在降低邻近椎体发生再骨折的概率上具有较好的效果。在不同工况中，L2上终板的后伸、T12下终板的后伸和左侧弯，以及T12松质骨的后伸和左右侧弯6个工况中，Model 3模型都呈现最小峰值应力。然而，在T12下终板的左侧弯和T12松质骨的左右侧弯工况中，Model 3的最小峰值应力与Model 2相比变化微小，最大仅达到6.55%。因此基于有限元分析数据，左右侧弯和左右旋转4个工况的最小峰值应力多出现在恢复高度为80%时，而后伸工况的最小峰值应力多出现在恢复高度为60%时，前屈则主要出现在恢复高度为100%时。然而，鉴于恢复高度为100%可能较为危险，因此恢复高度为80%的情况下，前屈工况的峰值应力较为理想。综合所有指标来看，恢复高度为80%的情况似乎是更为适宜的选择，因为它在邻近椎体的终板和松质骨方面都取得了较为良好的结果。
3.2 临床分析随着人口老龄化的加剧，导致患有骨质疏松患者的数量急剧增加，骨质疏松患者的皮质骨和松质骨弹性模量会出现大幅度的降低，无法满足支撑需求，因此，他们在跌倒等危险情况下，更易发生骨质疏松性椎体压缩骨折。PVA是目前治疗的主要手术手段，但现有研究显示有2.4%-30%的术后患者会发生椎体再骨折，其中约2/3出现在邻近椎体[31-32]。伤椎的恢复高度被认为是一个较为关键的因素。
此次研究对术后有限元模型进行研究分析得出，当矫正高度不足时，可能导致重心前倾，改变人体脊柱正常生理曲线，椎体前部受力增大，并且加入骨水泥后椎体刚度增加[33]，使得椎体的受力分布发生改变，增加了邻近椎体发生再骨折的风险[34]。为改善这种情况的发生，一方面可以采用球囊的治疗方式，这种方式可以在一定程度上改善后凸情况；其次，在手术中根据不同患者伤椎情况，采用适合患者在术中的体位姿势也非常重要，合适的俯卧体位也可以极大的改善后凸情况[35]；最后，根据有关文献的描述，骨水泥的充分弥散可以降低术后的后凸畸形[36]。
然而根据研究结果，伤椎恢复到100%的程度或许也并不是一个非常好的选择。更多研究表明，伤椎高度恢复程度越高，邻近椎体再骨折的可能性就越高[37-39]。从力学角度分析，这可能是由于脊柱矢状面应力分布不均而导致的，并且随着伤椎恢复高度变化而变化的软组织张力或许也是造成邻近骨折的原因之一。因此在进行PVA时，对于伤椎的恢复高度，应当进行适当的矫正；另外，不能过度追求完美的恢复高度，过度矫正对于患者后续恢复以及胸腰椎的力学性能都会产生一定程度的影响，甚至引发邻近椎体的再骨折。
3.3 局限性此外值得注意的是，此次研究具有一定的局限性。在进行有限元分析时，没有充分考虑肌肉力对于模型的影响，这可能导致力学指标的准确性受到一定程度的影响。因此，在未来的研究中，考虑到肌肉力对有限元模型的影响是十分重要的，这将有助于更精确地反映所需的力学特性。另一个局限性在于，此次研究所用的有限元模型仅基于一位28岁健康男性的胸腰椎CT图像建立，这可能会限制模型的泛化性和代表性。因人体在年龄、性别、体型等方面存在差异，所以将来的研究可以考虑扩展样本范围，包括不同年龄段、性别和体型的个体，以更好地反映人体多样性。综上所述，虽然此次研究取得了一些有意义的发现，但在方法和模型上还存在一些局限性，未来的研究应该继续探索这些局限性，以进一步提高对于相关问题理解和解决的可行性。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

椎体强化术后恢复高度对邻近椎体的影响：一项有限元分析

Effect of restored height on neighboring vertebrae after vertebral body strengthening: a finite element analysis

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