胸椎T10骨肿瘤转移不同位置生物力学特性的三维有限元分析

doi:10.12307/2024.684

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (36): 5759-5765.doi: 10.12307/2024.684

• 骨与关节生物力学 bone and joint biomechanics • 上一篇下一篇

胸椎T10骨肿瘤转移不同位置生物力学特性的三维有限元分析

夏国仁1，余浩1，姜世峰1，彭新1，伏晓1，陈琦1，杨立状1，2，王腾飞1，2，李海1，2

1中国科学院合肥肿瘤医院，安徽省合肥市 230000；2中国科学院合肥物质研究院，安徽省合肥市 230000

收稿日期:2023-08-29 接受日期:2023-11-16 出版日期:2024-12-28 发布日期:2024-02-27
通讯作者: 李海，博士，研究员，中国科学院合肥肿瘤医院，安徽省合肥市 230000；中国科学院合肥物质研究院，安徽省合肥市 230000
作者简介:夏国仁，男，1992年生，安徽省合肥市人，汉族，安徽医科大学毕业，硕士，主治医师，主要从事骨外科方面的研究。

Biomechanical characteristics of thoracic T10 bone tumor metastasis at different locations: three-dimensional finite element analysis

Xia Guoren1, Yu Hao1, Jiang Shifeng1, Peng Xin1, Fu Xiao1, Chen Qi1, Yang Lizhuang1, 2, Wang Tengfei1, 2, Li Hai1, 2

1Hefei Cancer Hospital, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230000, Anhui Province, China; 2Hefei Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230000, Anhui Province, China

Received:2023-08-29 Accepted:2023-11-16 Online:2024-12-28 Published:2024-02-27
Contact: Li Hai, MD, Researcher, Hefei Cancer Hospital, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230000, Anhui Province, China; Hefei Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230000, Anhui Province, China
About author:Xia Guoren, Master, Attending physician, Hefei Cancer Hospital, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230000, Anhui Province, China

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

有限元仿真分析：以计算分析为目的，利用图形图像学方法建立虚拟的实验标本(包括与真实分析实体对应的空间几何结构、材料参数以及力学边界条件等)，通过化整为零最后又统一的方法，计算分析模型结构的稳定性、强度、应变/应力、疲劳特性等力学指标，是常规标本实验的有效补充和深化。
脊柱病理性骨折：病理性骨折是指骨骼本身有病变，当受到轻微外力甚至在正常活动中即可发生的骨折。临床上常见的包括骨髓炎、骨结核、骨肿瘤等骨骼本身病变引起的病理性骨折。其中，肿瘤相关的病理性骨折是其中一个重要的类型，肿瘤患者应该引起足够重视，及早采取预防措施，防患于未然。

背景：随着检查技术的革新，不同分期脊柱转移瘤患者逐年增多，经皮椎体成形是脊柱转移瘤重要的治疗手段，但其治疗不同分期、不同活动方式肿瘤的术后生物力学疗效尚未见报道。

目的：基于三维有限元模型模拟胸椎T10骨肿瘤转移不同位置的应力及位移情况。
方法：根据1例30岁健康男性胸椎三维CT扫描数据，采用Mimics软件构建胸椎(T9-T11)的三维几何模型，包括肋骨、韧带及椎间盘。模拟被胸椎转移瘤侵袭的T9-T11椎体及其后胸椎不同部位的三维模型，包括椎体结构完整的对照组，单侧转移累及椎体区(实验组1)，单侧转移累及椎体和椎弓根区(实验组2)，单侧转移累及椎体、椎弓根和横突区(实验组3)，双侧转移累及椎体、椎弓根和横突区(实验组4)。利用Abaqus软件创建三维有限元模型，对负重、屈曲、伸展、旋转工况下Von Mises应力分布及模型的位移情况进行分析。

结果与结论：①在对不同实验组加载点在负重、屈曲、伸展、旋转工况下最大总位移的研究中，随着转移瘤侵袭部位及侵袭面的增多，加载点的总位移在增大，整体刚度降低，尤其实验组4加载点的总位移最大；②在屈曲工况下椎体、椎弓根破坏后明显增加最大Von Mises应力值，而在此基础上增加胸肋关节破坏，其最大Von Mises应力值基本不变；③有限元分析并模拟骨肿瘤模型的基础上，将骨水泥区域的单元设置为一个单独的set集合，后将骨水泥区域设置为对应的材料属性以模拟骨水泥填充，结果发现，负重、屈曲、伸展、旋转工况下最大总位移均小于各实验组；④模拟经皮椎体成形治疗后患者在负重、屈曲、伸展、旋转工况下的最大应力值相较于骨肿瘤模型大幅度降低；⑤提示基于胸椎T9-T11的三维有限元模型构建有利于对胸椎骨肿瘤转移生物力学特性的研究，并能够在胸椎骨肿瘤转移模型的基础上准确模拟经皮椎体成形后加载点在不同工况下的总位移及最大Von Mises应力情况。

https://orcid.org/0009-0006-2800-2552 (夏国仁)

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: 脊柱转移瘤, 经皮椎体成形, 骨水泥, 有限元模型, 生物力学分析

Abstract: BACKGROUND: With the innovation of examination technique, the number of patients with spinal metastases in different stages is increasing year by year. Percutaneous vertebroplasty is an important treatment for spinal metastases; however, there is no report on the biomechanical effect in different stages and different activities after operation.
OBJECTIVE: To simulate thoracic T10 bone stress and displacement of the different locations of the tumor metastasis based on the three-dimensional finite element model.
METHODS: According to thoracic three-dimensional CT images of a 30-year-old healthy male, Mimics software was used to construct a three-dimensional geometric model of thoracic vertebrae (T9-T11), including ribs, ligaments and intervertebral discs. Three-dimensional models of T9-T11 vertebral bodies and different parts of the posterior thoracic vertebrae invaded by thoracic metastatic tumors were simulated, including the control group with intact vertebral structure, unilateral metastasis involving the vertebral body area (experimental group 1), unilateral metastasis involving the vertebral body and pedicle area (experimental group 2), unilateral metastasis involving the vertebral body, pedicle and transverse process area (experimental group 3), and bilateral metastasis involving the vertebral body, pedicle and transverse process area (experimental group 4). Abaqus software was used to create a three-dimensional finite element model. The von Mises stress distribution and the displacement of the model were analyzed under the loading condition, buckling condition, extension condition, and rotation condition.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) In the study of the maximum total displacement of loading points in different experimental groups under loading, flexion, extension, and rotation conditions, with the increase of metastatic tumor invasion site and invasion surface, the total displacement of loading points increased, and the overall stiffness decreased, especially the total displacement of loading points in experimental group 4 was the largest. (2) Under flexion condition, the maximum Von Mises stress value increased significantly after vertebral body and pedicle destruction, while the maximum Von Mises stress value was almost unchanged when the thoracocostal joint destruction was added. (3) On the basis of finite element analysis and simulation of bone tumor model, the elements in the bone cement region were set as a single set, and the bone cement region was set as the corresponding material properties to simulate bone cement filling. The results showed that the maximum total displacement under loading, flexion, extension, and rotation conditions was less than that of each experimental group. (4) The maximum stress values of the simulated percutaneous vertebroplasty patients in the loading, flexion, extension and rotation conditions were significantly lower than those of the femoral model. (5) It is concluded that the three-dimensional finite element model based on thoracic T9-T11 conducive to the biomechanics characteristics of thoracic vertebrae tumor metastasis, and on the basis of the thoracic vertebrae tumor metastasis model can accurately simulate load point after percutaneous vertebral body under different conditions of total displacement and the maximum Von Mises stress situation.

Key words: spinal metastases, percutaneous vertebroplasty, bone cement, finite element model, biomechanics analysis

中图分类号:

夏国仁, 余浩, 姜世峰, 彭新, 伏晓, 陈琦, 杨立状, 王腾飞, 李海. 胸椎T10骨肿瘤转移不同位置生物力学特性的三维有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(36): 5759-5765.

Xia Guoren, Yu Hao, Jiang Shifeng, Peng Xin, Fu Xiao, Chen Qi, Yang Lizhuang, Wang Tengfei, Li Hai. Biomechanical characteristics of thoracic T10 bone tumor metastasis at different locations: three-dimensional finite element analysis[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(36): 5759-5765.

图/表（结果） 5

2.1 不同转移瘤组模型T10椎体在负重、屈曲、伸展、旋转工况下最大总位移情况与正常组比较，实验组1在负重、屈曲、伸展、旋转工况下最大总位移基本不变，实验组2、实验组3及实验组4在负重、屈曲、伸展、旋转工况下最大总位移总体呈增长趋势，尤其实验组4增长最明显。见表2及图4。

2.2 不同转移瘤组模型T10在负重、屈曲、伸展、旋转工况下最大应力情况与正常组比较，实验组1在负重、屈曲、伸展、旋转工况下最大应力基本不变，实验组2、实验组3及实验组4在负重、屈曲、伸展、旋转工况下最大应力的总体呈增长趋势，尤其实验组4增长最明显。见表3及图5。

2.3 不同转移瘤组模型PVP术后T10椎体最大位移值及加载方向位移分布云图基于PVP术的实验组2与实验组1比较，患者在负重工况下加载点的最大位移值增加值为0 mm，两组最大骨位移并未增加；屈曲工况下患者加载点最大位移值增加0.005 9 mm，伸展工况下增加-0.012 9 mm，旋转工况下增加值为0 mm；基于PVP术的实验组3与实验组2比较，患者在负重工况下加载点的最大位移值增加值为0.538 2 mm，屈曲工况下患者加载点最大位移值增加0.748 4 mm，伸展工况下增加0.911 3 mm，旋转工况下增加值为3.901 0 mm；基于PVP术的实验组4与实验组3比较，患者在负重工况下加载点的最大位移值增加值为1.180 3 mm，屈曲工况下患者加载点最大位移值增加1.533 0 mm，伸展工况下增加1.490 0 mm，旋转工况下增加值为8.556 0 mm。见表4及图6。

2.4 不同转移瘤组模型PVP术后T10椎体的应力分布基于PVP的实验组2与实验组1比较，患者在负重工况下T10的最大应力值增加值为5.582 MPa，屈曲工况下患者T10最大应力值增加0.071 0 MPa，伸展工况下患者T10最大应力值增加6.870 0 MPa，旋转工况下患者T10最大应力值增加值为40.470 0 MPa；基于PVP的实验组3与实验组2比较，患者在负重工况下T10的最大应力值增加值为9.551 0 MPa，屈曲工况下患者T10最大应力值增加13.227 MPa，伸展工况下患者T10最大应力值增加43.380 0 MPa，旋转工况下患者T10最大应力值增加值为69.270 0 MPa；基于经皮椎体成形术的实验组4与实验组3比较，患者在负重工况下T10的最大应力值增加值为15.850 0 MPa，屈曲工况下患者T10最大应力值增加36.310 0 MPa，伸展工况下患者T10最大应力值增加44.880 0 MPa，旋转工况下患者T10最大应力值增加值为114.900 0 MPa。见表5及图7。

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引言

恶性肿瘤的远处转移是造成患者病死率高的主要原因，骨转移位居第二，仅次于肺转移，其中脊柱转移严重影响了患者的生活质量[1-2]。目前临床中脊柱转移瘤多采用手术治疗，大多数椎体转移瘤患者的术前评估主要针对其生存期的预测。然而，临床中仍缺少准确的、基于生物力学评估局部椎体转移并发脊髓压迫或病理骨折风险的方法[3]。因此，研究脊柱转移瘤相关的局部椎体生物力学特点，对手术方式及手术时机的选择具有重要的临床指导意义。
目前国内外对于脊柱生物力学方面的研究已经取得了一些进展。LI等[4-6]发现在椎体转移癌放疗患者中单腰椎与单胸椎病灶患者的比例最高，从而得出椎体转移癌易侵袭胸腰椎部位。王景东等[7-9]研究证实，转移瘤产生的脊髓压迫与患者转移瘤部位有关，其中胸椎为高发椎体。通过上述研究可以发现脊柱转移瘤易侵袭胸腰椎部位，然而人体脊柱生物力学结构较为复杂，目前临床中缺乏针对胸椎部位的转移瘤及其结构的力学研究。同时，转移瘤侵袭的横突、椎弓根、胸肋关节等位置会改变胸椎生物力学[10]，目前临床中对于上述转移瘤侵袭部位的有限元模型预测研究较少。此外，CUI等[11]证实，采用经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty，
PVP)能明显改善脊柱转移瘤并发椎体骨折患者的术后疼痛及功能障碍，促进其恢复进程。AMORETTI等[12]证实，脊柱转移瘤在PVP治疗后具有较好的临床效果及安全性。在此基础上，此次研究基于患者的CT数据，采用Mimics软件构建胸椎(T9-11)三维有限元几何模型，同时模拟患者PVP术后椎体T10在不同工况下冯米塞斯(Von Mises)应力分布及模型的位移情况，为临床不同转移瘤侵袭胸椎的手术治疗提供参考。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 设计三维有限元几何模型及有限元仿真分析骨肿瘤转移不同位置的生物力学特性。
1.2 时间及地点实验于2023年1-6月在中国科学院合肥肿瘤医院骨科完成。
1.3 对象选择中国科学院合肥肿瘤医院1名30岁健康男性胸椎三维CT扫描数据，志愿者体质量80 kg，身高175 cm，不存在脊柱病变或脊柱形态异常。志愿者知悉研究方案内容，且获得中国科学院合肥肿瘤医院伦理委员会批准(批件号：PJ-JS2023-010)。
1.4 材料 Mimics 21.0(比利时Materialise公司)；Geomagic 2017(扫描数据处理及3D模型数据转换应用工具，Geomagic公司)；Hypermesh 13.0(三维建模处理软件，达索公司)；Abaqus 18.0(有限元模拟计算软件，达索公司)。
1.5 方法
1.5.1 数据采集
胸椎CT扫描条件：电流为300 mA，电压为120 kV，层厚为0.625 mm，像素为0.363 mm，间距为0.625 mm。扫描共获得断层图像526张，并以DICOM格式保存，分辨率为512×512。
1.5.2 几何模型构建对志愿者进行CT扫描，将获得的DICOM格式原始数据导入Mimics软件。通过Mimics软件中的“New project”命令导入CT图像文件，设置三视图方向，得到三视图截面以及三位视图窗口。首先通过“New Mask”以及控制HU值范围控制灰度值覆盖面积从而生成蒙版，初步分离骨头与软组织。此时识别的模型是极其粗糙的，同时存在噪声点。接着，通过“Region Grow”去掉与骨头不相连的噪点，再利用“Split Mask”在小关节处分开两个区域，将每节骨头分开，形成单独的个体。由于CT的质量、软件识别、HU值控制等各种因素影响，骨头模型会有不少空洞或者多余部分，需要将空洞填上或者多余部分去除，用“Edit Mask”在每一层Dicom照片对应的位置进行填涂，或者删除；现在将填充好的蒙版逐个进行“Calculate part”实体化，生成实体，然后将生成的实体导出为stl文件备用。将Mimics中生成的stl文件导入3-matic中，通过偏移和分割处理，生成准确的椎间盘和小关节几何模型，导出为stl文件。
利用3Matic软件将三维模型中对应的解剖位置添加相应的韧带，并绘制以起止点形式的直线为韧带的模型，并添加肋横突上韧带、肋横突韧带、棘上韧带、横突间韧带、黄韧带、棘间韧带、后纵韧带及前纵韧带。
根据脊柱骨转移瘤Tomita分型及EBIHARA等[13]研究模拟胸椎转移瘤侵袭不同位置的三维模型可分成5组：其中椎体结构完整为对照组，单侧转移累及椎体区为实验组1，单侧转移累及椎体和椎弓根区为实验组2，单侧转移累及椎体、椎弓根和横突区为实验组3，双侧转移累及椎体、椎弓根和横突区为实验组4。
1.5.3 三维有限元模型建立将stp三维模型文件导入Hypermesh中，进行网格划分，选择四面体单元进行划分，单元类型为C3D10。网格尺寸为0.5 mm。网格单元总数量为361 693。将网格文件导出为inp文件。
在Abaqus软件中创建静力分析模块，并将inp文件导入静力模块。同时建立韧带模型，韧带采用truss单元。并将所有模型在Assembly模块中进行装配。

对于骨肿瘤模型，将骨肿瘤区域的单元设置为一个单独的set集合。后期将骨肿瘤区域设置对应的材料属性以模拟骨肿瘤。模型如图1所示。

对于行PVP术后的模型，在骨肿瘤模型的基础上，将骨水泥区域的单元设置为一个单独的set集合。后期将骨水泥区域设置为对应的材料属性以模拟骨水泥填充。模型如图2所示。

根据文献将椎间盘赋予材料属性。由于椎间盘不是此次研究关注点，所以椎间盘简化为均一模型，不区分髓核与纤维环部分，选择近似不可压缩的杂交单元。T10椎体与第10肋，T11椎体与第11肋的肋头关节、关节囊及韧带简化为直接杂交单元直接连接。将韧带几何模型转化为二节点三维桁架单元，设置无压缩属性。然后定义韧带和起止点，椎间盘与上下椎体以及肋椎关节的绑定关系，建立有限元模型。此次研究的韧带材料参数设置见表1。

1.5.4 边界条件及加载接触设置参考以往文献，关节软骨的一侧与皮质骨、盆骨的接触设置为“不分离”(软骨与皮质骨、盆骨间能够相互滑动并且不能分离)，其余设置皆为“绑定”。在椎体T11底部进行固定约束，将力施加在T9椎体顶部，载荷的施加参考以往文献，负重工况施加向下的载荷1 200 N，屈曲、后伸和旋转工况除施加1 200 N压缩载荷外，同时施加对应的扭矩7.5 Nm[14]。模型如图3所示。

1.5.5 有效性验证将此模型计算的T10-T11椎体运动角度与文献中结果进行对比[15]；此次研究的计算结果与文献对比，运动角度无论是趋势还是数值均与文献基本保持一致，因此证明了此次研究建立有限元模型的有效性。
1.6 主要观察指标 ①探讨负重、屈曲、伸展、旋转工况下各组中T10椎体模型的最大Von Mises应力分布及总位移情况；②分析各组转移瘤的有限元模型模拟在负重、屈曲、伸展、旋转工况下加载点总位移值及最大Von Mises应力分布。

讨论

从形态学方面讲，脊柱结构较为复杂，尤其在骨转移到胸腰椎部位后使其生物力学的测量难度提高，欠缺对脊柱转移瘤不同侵及部分的体外生物力学分析。而有限元分析作为目前临床研究探讨生物力学常用的一种重要方法，并广泛应用在工程力学中[16-17]。有限元分析减少了以往生物力学对动物实验和尸体标本的依赖，可直接提取研究对象模型结构，通过材料属性赋值，经计算机模拟负荷加载和数学分析，准确计算应力及位移等情况，研究胸椎骨转移既能掌握椎体相关的生物力学特性，又可为外科手术提供足够可靠的临床依据，是工学在医学中的延伸应用，也是对突破传统力学的补充[18]。
随着现代生物力学研究水平的不断提升，有限元分析可用于患者手术前或标本实验前的评估。在标本实验前通过有限元分析能明显降低实验涉及的样本数量，达到优化实验方案的目的。目前也有少量文献以有限元分析对椎体不同位置转移瘤展开研究，有一研究通过开发并验证转移性受损椎体节段的三维多孔弹性模型，并评估溶解性病变对椎体应变和压力的影响，发现脊柱转移瘤出现爆裂骨折主要在于肿瘤大小，局部骨密度值及负荷量次之[19-21]。ROHLMANN等[22]采用有限元分析法对椎体成形术后患者椎体应力情况进行研究，发现增强椎体和骨水泥中的最大应力主要取决于加载情况和骨折形状。有研究证实，与骨质疏松的脊柱相比，正常骨密度脊柱中转移瘤大小的增加会对椎体稳定性产生更大的影响[23]。此次研究建模是基于健康人的脊椎CT扫描获得的影像数据，再通过Mimics软件对脊柱骨骼进行三维图像重建，并根据解剖知识进行正向建模，其中包括韧带、椎间盘以及肋骨等其他腰椎组织，并模拟在不同工况施加向下的1 200 N载荷，屈曲、后伸和旋转工况除施加1 200 N压缩载荷外，同时施加对应的扭矩7.5 Nm的条件下，分析不同载荷、工况下加载点的总位移及最大应力情况。伴随计算机计算能力的增强，有限元模型更丰富了对脊柱生物力学特性的了解，此次研究也是将预测模型与既往体外实验及数字模型数据进行比较，以此验证模型有效性，通过模拟不同分期脊柱转移瘤患者应力及不同工况运动，为患者术前生物力学分析提供依据。
椎体加载点产生的总位移值与位移分布云图能充分反映椎体整体刚度的情况[24-25]。此次研究结果中不同实验组加载点在负重、屈曲、伸展、旋转工况下的最大总位移，随着转移瘤侵袭部位且侵袭面的增多，加载点的总位移在增大，整体刚度降低，尤其实验组4在负重、屈曲、伸展、旋转工况下最大总位移条件下加载点的总位移最大，由此可见，椎体本身的侵袭程度为刚度下降的主要原因，随着肿瘤侵及部位增多，椎体稳定性也逐渐变差，骨折风险增加，而椎弓根侵袭对椎体刚度降低也起到一定的作用，而横突、胸肋关节等后部结构在负重、屈曲、伸展、旋转工况下，对椎体整体刚度造成的影响不大。
目前临床对骨的失效准则分歧较大，而临床研究中多以Von Mises应力大小为参考标准[26]。有研究证实，椎体负荷能力与椎体侵袭破坏有关，然而胸肋关节侵袭可明显使椎体负荷能力降低[27-30]。而此次研究结果中，在屈曲工况下椎体、椎弓根破坏后明显增加最大Von Mises应力值，而在此基础上增加胸肋关节破坏，其最大Von Mises应力值基本不变，这与马朋朋等[29]的研究结果不一致。究其原因可能是由于在屈曲工况下，椎体为受力的主要结构，其次后部结构也承受部分负荷，并随后部结构受骨肿瘤转移的侵袭程度增加，对椎体整体刚度产生负面影响，然而椎体一侧侵袭后为非对称结构，可能对负荷重新分布产生的影响更大。而此次研究结果中，在负重、伸展、旋转下椎体、椎弓根、胸肋关节侵袭后，其最大应力值增加幅度较大，表明负重、伸展、旋转工况下椎体、椎弓根、胸肋关节侵袭后对患者的最大应力值升高影响较大；因此可通过有限元法分析转移瘤侵及不同部位的应力及位移情况，预测不同工况、不同分期肿瘤患者的骨折风险，从而指导不同分期患者的日常生活，对骨折风险较高的患者及时行脊柱稳定性手术[31-35]。
临床胸椎骨转移的治疗涉及多学科，目前常规依赖的治疗方式选择多以Tomita等各种量表为主，通过对患者生存期为主的综合评分，以此确定下一步的诊疗方向，缺乏对脊柱局部的生物力学分析，导致一些患者未能及时干预，继发病理性骨折致瘫痪。为维持脊柱稳定性，外科常用方法为手术治疗，其中PVP为常用的一种微创术式，是通过手术经皮将骨水泥注射到椎体缺损部位，起到稳定椎体的目的，进而提高患者的负重能力[36-39]。此次研究在有限元模型模拟骨肿瘤模型的基础上，将骨水泥区域的单元设置为一个单独的set集合，后将骨水泥区域设置为对应的材料属性以模拟骨水泥填充，结果发现，负重、屈曲、伸展、旋转工况下最大总位移均小于各实验组，表明PVP提高了患者椎体的整体刚度，与CHEVALIER等[40-41]的研究结果一致。另外，模拟PVP术后患者在负重、屈曲、伸展、旋转工况的最大应力值也大幅度降低，表明在注入骨水泥后使松质骨应力水平大幅度下降。究其原因可能是由于骨水泥与上下终板都接触，提高了椎体刚度，同时能传递并吸收载荷产生的应力，减少松质骨的Von Mises应力水平，降低手术后椎体再骨折的风险，另外，在载荷下椎间盘有变形、吸收的作用，对椎体应力的降低及对椎体的保护都有一定的作用。
此次研究的优点在于建模方便及对参数研究较为方便，避免了因采用人体进行实验研究而违背伦理及以尸体进行实验时存在尸体标本少的问题。但是，此次研究也存在一些不足：首先，有限元模型会对临床数据进行适当的简化处理，在预处理上需要制定统一的标准；其次，随着数据统计的不断扩大会提高统计的误差与偏差，使有限元分析获得的结果产生一定影响；再次，目前研究部位为胸椎，研究部位局限，无法代表所有可能累及的脊柱数据，而治疗方式仅为单一PVP治疗，未来也将对减瘤、钉棒固定或者联合治疗等方式共同研究；最后，有限元分析选取的对象多为健康人群，进而降低了临床结果的可靠性，未来需要在临床上进一步纳入受试者进行更加深入的分析，且将临床数据还原到有限元模型的建模中，最大限度地真实模拟胸椎转移瘤侵袭后的受力情况。
综上所述，此次研究基于三维有限元模型对不同转移瘤部位胸椎侵袭后的应力及刚度进行研究，在负重、屈曲、伸展、旋转工况下，随胸椎转移瘤侵袭后部结构总位移增大，椎体整体刚度会降低；而椎体、椎弓根侵袭后加载点产生的最大Von Mises应力值增加，屈曲工况下横突、胸肋关节等后部结构侵袭后引起应力重新分布，获得的最大Von Mises应力值基本不变。此次研究还模拟在骨肿瘤模型基础上注入骨水泥，能大幅度降低在负重、屈曲、伸展、旋转工况下的最大应力及加载点总位移，侧面证实了PVP术的有效性，可为胸椎转移瘤手术提供可靠依据，未来会尽快将此次研究运用到临床中。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

胸椎T10骨肿瘤转移不同位置生物力学特性的三维有限元分析

Biomechanical characteristics of thoracic T10 bone tumor metastasis at different locations: three-dimensional finite element analysis

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