2.1   横断面生物力学结果   在垂直加压作用下，经皮椎体成形术中横断面骨水泥无皮质强化与骨水泥分别强化Ⅰ、Ⅰ+Ⅱ、Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ骨皮质区域比较结果提示：在前屈时，随骨皮质强化程度增加，伤椎(T12)椎体皮质骨Von Mises应力值呈下降趋势，在未受皮质强化时为154.18 MPa；而完全强化下，降低为21.84 MPa，见图8A。类似的结果同样发生在左/右侧弯和左旋测试结果中。但随皮质强化程度加重，强化椎体相邻结构(包括T12椎体松质骨、T11/T12椎间盘、T12/L1椎间盘、T11下终板、L1上终板)所受Von Mises应力值变化不明显，即皮质强化后并未对相邻结构应力产生影响，见图8B。同时研究也发现，当人体右旋时，伤椎皮质骨Von Mises应力值整体呈下降趋势，骨水泥强化Ⅰ+Ⅱ区域较强化Ⅰ区Von Mises应力值略大。但皮质强化组Von Mises应力值明显小于无皮质强化组，且皮质强化整个横断面Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ皮质区域时伤椎皮质骨Von Mises应力值最小，见图8C。



2.2   矢状面生物力学结果   在垂直压缩力作用下，经皮椎体成形术中矢状面骨水泥无皮质强化与骨水泥分别强化骨皮质α区域、强化γ区域、强化α+γ区域、强化α+β+γ皮质区域比较结果提示：在前屈时，随骨皮质纵向强化程度增加，T12椎体皮质骨Von Mises应力值呈下降趋势，但无皮质强化组较强化骨皮质α区域、强化γ区域、强化α+γ区域最大Von Mises应力值减小，较皮质强化α+β+γ皮质区域最大Von Mises应力值明显增大，其中无皮质强化时为154.188 MPa，强化骨皮质α区域时为417.27 MPa，而完全强化时降低为21.838 MPa，见图9A。类似的结果同样发生在左侧弯和左旋转测试结果中。但随皮质强化程度加重，在前屈、后伸、左/右侧弯和左/右轴向旋转不同体位变化下T12椎体松质骨、T11/T12椎间盘、T12/L1椎间盘、T11下终板、L1上终板最大Von Mises应力变化值并不明显，即皮质强化后并未对相邻结构应力产生影响，见图9B。同时研究也发现，当模拟人体右弯时，皮质强化α+γ区域较强化γ区域Von Mises应力值略大；右旋时，皮质α区域较强化γ区域Von Mises应力值略大。但皮质强化组Von Mises应力值整体呈下降趋势，相较强化其他区域组，皮质强化整个矢状面α+β+γ区域组伤椎皮质骨最大Von Mises应力值最小，见图9C。




2.3   冠状面生物力学结果   在垂直压缩力作用下，经皮椎体成形术中冠状面骨水泥无皮质强化与骨水泥分别强化A+D区域、强化B+C区域、强化A+B+C+D区域，结果提示，在前屈时，随骨皮质横向强化程度变化，T12椎体皮质骨Von Mises应力值呈下降趋势，在无皮质强化时为154.18 MPa，而完全强化下降低为21.838 MPa，见图10a。类似的结果同样发生在左侧弯和左/右轴向旋转测试结果中。但随皮质强化程度变化，强化椎体的相邻结构(包括T12椎体松质骨、T11/T12椎间盘、T12/L1椎间盘、T11下终板、L1上终板)所受Von Mises应力值变化不明显，即皮质强化后并未对相邻结构应力产生影响，见图10b。同时研究也发现，当人体右弯时，骨水泥强化B+C区域较强化A+D区域Von Mises应力值略大，但伤椎皮质骨Von Mises应力值整体呈下降趋势，相较强化其他区域组，皮质强化整个冠状面A+B+C+D区域组伤椎皮质骨的最大Von Mises应力值最小，见图10c。

[1] GRIFFONI C, LUKASSEN JNM, BABBI L, et al. Percutaneous vertebroplasty and balloon kyphoplasty in the treatment of osteoporotic vertebral fractures: a prospective randomized comparison. Eur Spine J. 2020;29(7):1614-1620. [2] 杨智奎,王一公,王德民,等.过伸悬吊复位与PVP协同作用于老年骨质疏松性椎体压缩骨折临床效能分析[J].中国疗养医学, 2023,32(6):626-629.  [3] YU H, LI Y, YAO X, et al. Application of percutaneous vertebroplasty and percutaneous kyphoplasty in treating Kümmell’s patients with different stages and postural correction status. Expert Rev Med Devices. 2020; 17(4):357-364.  [4] 田学林,国晓明. 聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥椎体成形术在高龄骨质疏松性胸腰椎骨折中的应用效果[J]. 现代养生,2024,24(3):171-173.  [5] 姚龚,沈忆新,李敏,等.骨水泥不同弥散方式对椎体成形术后生物力学影响的有限元分析[J].中国骨伤,2021,34(8):732-737. [6] 谢胜荣,董迎春,李杰,等.双侧分层穿刺与双侧非分层穿刺椎体成形术在治疗OVCF中椎内骨水泥分布及临床疗效分析[J].中国骨与关节杂志,2020,9(4):265-269. [7] LIANG D, YE LQ, JIANG XB, et al. Biomechanical effects of cement distribution in the fractured area on osteoporotic vertebral compression fractures: a three-dimensional finite element analysis. J Surg Res. 2015;195(1):246-256. [8] CHEVALIER Y, PAHR D, CHARLEBOIS M, et al. Cement distribution, volume, and compliance in vertebroplasty: some answers from an anatomy-based nonlinear finite element study. Spine(Phila Pa1976). 2008;33(16):1722-1730. [9] 赵文韬,秦大平,张晓刚,等.骨质疏松性椎体压缩骨折椎体强化术后不同椎体高度对相邻椎体应力影响的有限元分析[J].中国骨质疏松杂志,2018,24(9):1141-114. [10] 蔡明,戚颖,刘肃,等. 骨水泥不同分布对骨质疏松性椎体压缩性骨折的生物力学影响:三维有限元分析[J]. 中国医学物理学杂志, 2022,39(6):771-777.  [11] GALBUSERA F, CASAROLI G, CHANDE R, et al. Biomechanics of sacropelvic fixation: a comprehensive finite element comparison of three techniques. Eur Spine J. 2020;29(2):295-305. [12] ZHOU QK, ZENG FH, TU JL, et al. Influence of cement-augmented pedicle screw instrumentation in an osteoporotic lumbosacral spine over the adjacent segments: a 3D finite element study. J Orthop Surg Res. 2020;15(1):132.  [13] 唐冲,吴四军,刘正,等.高黏度骨水泥在单侧经皮椎体成形术中的弥散分布特点[J].实用骨科杂志,2017,23(10):884-887. [14] 任海江.PVP术后椎体内骨水泥分布区域与疼痛缓解程度的相关性研究[D].太原:山西医科大学,2018. [15] ZHOU C, LIAO Y, HUANG S, et al. Effect of cement distribution type on clinical outcome after percutaneous vertebroplasty for osteoporotic vertebral compression fractures in the aging population. Front Surg. 2022;9:975832.   [16] 王德国,李洋,尹红灵,等. 椎体成形术填充剂最优化分布模式三维有限元分析[J]. 中国骨伤,2021,34(1):26-33.  [17] KIM YY, RHYU KW. Recompression of vertebral body after balloon kyphoplasty for osteoporotic vertebral compression fracture. Eur Spine J. 2010;19(11):1907-1912.  [18] XU K, LI YL, SONG F, et al. Influence of the distribution of bone cement along the fracture line on the curative effect of vertebral augmentation. J Int Med Res. 2019;47(9):4505-4513.     [19] KIM JM, SHIN DA, BYUN DH, et al. Effect of bone cement volume and stiffness on occurrences of adjacent vertebral fractures after vertebroplasty. J Korean Neurosurg Soc. 2012;52(5):435-440.        [20] LIANG D, YE LQ, JIANG XB, et al. Biomechanical effects of cement distribution in the fractured area on osteoporotic vertebral compression fractures: a three-dimensional finite element analysis. J Surg Res. 2015;195(1):246-256.  [21] 代皓文. 单双侧经皮椎体成形术治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的生物力学比较[D]. 长春:吉林大学,2023. [22] 谢胜荣,董迎春,李杰,等. 双侧分层穿刺与双侧非分层穿刺椎体成形术在治疗OVCF中椎内骨水泥分布及临床疗效分析[J]. 中国骨与关节杂志,2020,9(4):265-269.  [23] 刘瑞祯,王望任,郝晨,等. 骨水泥分布对单侧穿刺经皮椎体成形治疗单节段骨质疏松性椎体压缩骨折后相邻椎体骨折的影响[J]. 中国组织工程研究,2020,24(28):4498-4504.  [24] 贺宝荣,许正伟,郝定均,等.骨水泥在骨质疏松性骨折椎体内分布状态与生物力学性能的关系[J].中华骨科杂志,2012,32(8):768-773. [25] 任海江.PVP术后椎体内骨水泥分布区域与疼痛缓解程度的相关性研究[D].太原:山西医科大学,2018. [26] 麦麦提敏·阿卜力米提.PVP术后骨水泥分布对再发骨折的影响研究[D].乌鲁木齐:新疆医科大学,2023. [27] ZHANG L, WANG Q, WANG L, et al. Bone cement distribution in the vertebral body affects chances of recompression after percutaneous vertebroplasty treatment in elderly patients with osteoporotic vertebral compression fractures. Clin Interv Aging. 2017;12:431-436.  [28] TAN L, WEN B, GUO Z, et al. The effect of bone cement distribution on the outcome of percutaneous Vertebroplasty: a case cohort study. BMC Musculoskelet Disord. 2020;21(1):541.  [29] 应春宁,陈福宇,唐步顺.高粘度骨水泥弥散程度对绝经后骨质疏松性胸腰椎压缩骨折经皮椎体成形术后疗效的影响[J].中国骨与关节损伤杂志,2023,38(9):954-956. [30] 张圣飞,张亮,陶玉平.经皮椎体成形二次穿刺骨水泥注入治疗弥散不良的骨质疏松性椎体压缩骨折[J].吉林医学,2022,43(3):652-654. [31] ZHANG L, WANG Q, WANG L, et al. Bone cement distribution in the vertebral body affects chances of recompression after percutaneous vertebroplasty treatment in elderly patients with osteoporotic vertebral compression fractures. Clin Interv Aging. 2017;12:431-436.  [32] 王浩磊,赵丽.PVP术后骨水泥分布与伤椎再骨折的影响因素分析[J].颈腰痛杂志,2021,42(2):241-243. [33] AN Z, CHEN C, WANG J, et al. Logistic regression analysis on risk factors of augmented vertebra recompression after percutaneous vertebral augmentation. J Orthop Surg Res. 2021;16(1):374.  [34] WANG C, ZHANG X, LIU J, et al. Percutaneous kyphoplasty: Risk Factors for Recollapse of Cemented Vertebrae. World Neurosurg. 2019;130:e307-e315.  [35] 冯世波,王蔚,张力,等. 骨水泥弥散、分布及渗漏对PKP术后伤椎再塌陷的影响[J]. 颈腰痛杂志,2023,44(3):469-471. [36] 阿卜杜吾普尔·海比尔,阿里木江·玉素甫,麦麦提敏·阿卜力米提,等.经皮椎体成形术后骨水泥量和分布对手术椎体及邻近椎体再发骨折的影响[J].中国组织工程研究,2024,28(10):1586-1591. [37] 张益山.骨质疏松性椎体压缩骨折PVP术后骨水泥的分布情况对临床预后的影响研究[D].太原:山西医科大学,2023. [38] PAN Z, ZHOU Q, YANG M, et al. Effects of distribution of bone cement on clinical efficacy and secondary fracture after percutaneous kyphoplasty for osteoporotic vertebral compression fractures. Front Surg. 2023;9:1054995.  [39] 李任,唐福宇.骨水泥分布对骨质疏松性椎体压缩骨折PVP术后邻椎骨折的影响分析[J].广西中医药大学学报,2023,26(6):31-34. [40] 冯世波,王蔚,张力,等.骨水泥弥散、分布及渗漏对PKP术后伤椎再塌陷的影响[J].颈腰痛杂志,2023,44(3):469-471. [41] 王雪峰,刘辉,丁少成.骨水泥分布模式对骨质疏松性椎体压缩骨折术后临床治疗效果[J].中国骨与关节杂志,2019,8(11):836-841. [42] LIU J, TANG J, ZHANG Y, et al. Percutaneous Vertebral Augmentation for Osteoporotic Vertebral Compression Fracture in the Midthoracic Vertebrae (T5-8): A Retrospective Study of 101 Patients with 111 Fractured Segments. World Neurosurg. 2019;122:e1381-e1387.  [43] 沈凯,张胜利,谭祖键,等. 经皮椎体后凸成形术治疗骨质疏松性椎体压缩骨折中骨水泥单侧与双侧弥散对疗效的影响[J]. 中华创伤杂志,2018,34(6):527-533.  [44] 刘夏君,王新虎,左春光,等. 骨水泥单侧与双侧分布对椎体后凸成形术疗效影响[J]. 临床骨科杂志,2015,18(2):141-145. [45] 李安明,史国号,王国柱,等. 椎体成形术对相邻椎体生物力学影响的有限元分析[J]. 重庆医学,2021,50(2):215-219.  [46] 任亚楠.椎体强化术治疗骨质疏松椎体压缩性骨折的生物力学分析[D].天津:天津理工大学,2023.

[1]	项 攀, 车艳军, 罗宗平. 压应力激活SOST/Wnt/β-catenin通路诱导软骨终板细胞退变[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(5): 951-957.
[2]	丁至立, 黄 杰, 蒋 强, 李土胜, 刘 江, 丁 宇. X射线透视引导下不同方式建立兔椎间盘退变模型的结果对比[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(5): 995-1002.
[3]	张立创, 杨 雯, 丁广江, 李培坤, 肖忠宇, 陈 营, 方 雪, 张 腾. 个体化单侧椎弓根外入路与双侧椎弓根入路椎体成形后骨水泥的弥散效果[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(4): 800-808.
[4]	于庆贺, 蔡子鸣, 吴锦涛, 马鹏飞, 张 鑫, 周龙千, 王亚坤, 林晓钦, 林文平. 香草酸抑制终板软骨细胞炎症反应和细胞外基质降解[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(30): 6391-9397.
[5]	赵星丞, 王 军, 陆 明. 陈旧性骨质疏松性椎体压缩骨折骨不连的修复策略：一项病例分析[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(3): 538-546.
[6]	陈 浩, 吴丕根, 滕嘉麒, 张 亮, 冯新民. 骨质疏松性椎体压缩骨折患者腰背筋膜水肿的危险因素分析[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(29): 6174-6179.
[7]	李唐波, 张 楠, 郝国兵, 刘 昆, 乔 林, 朱泽兴, 宋迪煜. 经皮弯角椎体骨水泥注射成形治疗骨质疏松性胸腰椎椎体上1/3压缩骨折[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(28): 5977-5984.
[8]	潘泓宇, 李红桃, 肖常明, 李 森. 个体化精准穿刺椎体强化治疗不同类型骨质疏松性椎体压缩骨折的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(27): 5773-5784.
[9]	马吉坤, 王健儒, 戚俊杰, 刘海飞. 糖尿病加剧椎间盘退变的作用途径[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(27): 5907-5913.
[10]	胡斌涵, 陈 灿, 黄茂畅, 赵 宇, 刘俊宁, 牛素生, 张 燕. 超声引导针刀松解椎间孔内口对兔软骨终板基质稳态的影响[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(18): 3758-3766.
[11]	陈小光, 刘福全, 张德光. 骨质疏松性脊柱椎体压缩骨折经皮椎体成形后骨水泥外漏原因及治疗策略[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(16): 3311-3317.
[12]	胡思远, 陈建权. 三种大鼠椎间盘细胞提取、鉴定及在单层和微团培养中的基质表达[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(12): 2528-2535.
[13]	阿卜杜吾普尔·海比尔, 库提鲁克·守克尔, 阿里木江·玉素甫, 林 航, 吐尔洪江·阿布都热西提. 单侧经皮椎体成形骨水泥分布对椎体压缩性骨折修复疗效的影响[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(10): 2015-2022.
[14]	童奕博 , 李明辉. 骨质疏松性椎体骨折患者椎体成形后邻近椎体再发骨折的影响因素[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(8): 1241-1246.
[15]	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.

骨质疏松是人体骨骼自然衰老的一个过程，而骨质疏松性椎体压缩性骨折是其严重后果之一。随着国内人口老龄化进展，骨质疏松性椎体压缩性骨折的患病率呈上升趋势，由其带来的不良后果对患者个人、家庭及社会都带来了不同程度的影响，因而对骨质疏松性椎体压缩性骨折的治疗受到大众的广泛关注。目前，经皮椎体成形术因费用低、创伤小、临床疗效显著高等优点，已广泛应用于骨质疏松性椎体压缩性骨折的治疗[1-2]，该手术可快速缓解患者症状，减少患者脊柱后凸畸形及相关并发症的发生[3-4]。但查阅文献发现，骨水泥作为经皮椎体成形术的重要填充材料，在椎体内的分布对生物力学及临床疗效有重要的影响。姚龚等[5]的研究认为骨水泥和上下终板均接触，可有效吸收并传递载荷带来的应力，降低松质骨的应力水平，减少手术椎体再骨折的可能。谢胜荣等[6]研究认为骨水泥在手术椎体的中线两侧同时连接上下终板，疼痛缓解及功能恢复更好。LIANG等[7]研究发现术椎内骨水泥分布连接上下终板术后稳定性更佳。CHEVALIER等[8]研究发现，骨水泥的分布与椎体的刚度有着紧密的联系，骨水泥同时接触上下终板可以使椎体的刚度增加8倍，若只接触一侧终板则刚度增加2倍。由此可见，经皮椎体成形术中骨水泥在椎体内的骨皮质强化区域对脊柱生物力学及临床疗效有重要影响。基于既往结果，此次研究从三维角度(横断面、矢状面、冠状面)对骨水泥在椎体骨皮质强化方面的差异进行三维有限元分析，尝试从三维角度评价骨皮质强化程度对于经皮椎体成形疗效和术后再发骨折风险的影响，现报道如下。

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

1.1   设计   以经皮椎体成形术中脊柱生物力学为基础的有限元分析实验。
1.2   时间及地点   实验于2023年6月至2024年2月在重庆市云阳县中医院骨伤科及成都医学院第一附属医院骨科完成。
1.3   对象   选用2023年12月在重庆市云阳县中医院行64排128层螺旋CT体检的一名68岁男性志愿者(体质量65 kg，身高170 cm)数据，通过CT排除椎体骨折、脊柱畸形、肿瘤、椎间盘突出及感染等疾病，双能X射线骨密度仪检测骨密度T值为-3.1。提取该患者T11-L1节段CT影像，模拟T12椎体骨质疏松性椎体压缩性骨折并行经皮椎体成形术。此次研究通过重庆市云阳县中医院伦理委员会批准(批件号：2023LCky011)，志愿者对实验方案知情同意。
1.4   方法   
1.4.1   UG创建钉子及修剪几何模型   在UG 10.0软件中新建一个文件，利用拉伸、旋转、扫描、偏置、修剪体、分割体、求差、曲线、修剪等命令，对整体几何模型进行完善，以创建松质骨(偏置)、终板(偏置分割体)、骨水泥(拉伸、切割等)、韧带(曲线命令)等，并建立T12椎体骨质疏松性压缩性骨折模型，最终组装完的几何模型如图1A所示。
以分布于椎体中央前屈为例，创建完成后，将整体模型导出为x_t格式文件，然后在Workbench 19.1的Static Structural模块的Geometry子模块中导入该文件，如图1B所示。

1.4.2   网格模型   如图1C所示，将整个框架几何模型导入到Workbench 19.1的Static Structural模块的Geometry子模块中，并在Model子模块中划分网格。设置主体单元尺寸为1.8 mm，最小单元尺寸为0.5 mm，为有中节点的四面体网格(二阶)，最终网格模型如图1D所示。

1.4.3   材料参数   材料参数设置在Workbench 19.1的Static Structural模块的Engineering Data子模块中，椎体皮质骨、松质骨、纤维环、髓核、终板、骨水泥、关节软骨、韧带等部件的弹性模量和泊松比参数参考既往文献[9-10]，骨质疏松较正常骨的骨性结构弹性模量降低，松质骨弹性模量为正常骨的 34%，皮质骨、终板和后部结构为正常骨的67%，其他结构的材料参数保持不变，见表1。

1.4.4   载荷、边界条件等   在Workbench 19.1的Static Structural模块的Model子模块中进行载荷及边界条件施加：
(1)载荷施加：在T11上采用 7.5 N·m的力矩结合500 N的预压载荷[11-12]，模拟脊柱前屈、后伸、左/右侧弯和左/右轴向旋转运动。分别比较有限元模型(不同区域充填骨水泥)载荷下的椎体、邻近椎间盘和终板von Mises 应力值，如图2A所示。
(2)边界条件施加：固定L1底面，如图2B所示。
1.4.5   计算求解及结果   查看各个部件的等效应力云图，以整体模型为例，经计算所得最大等效应力为154.2 MPa，见图3。

1.4.6   实验分区   横断面参考唐冲等[13]研究分区的方法，沿椎体中轴线将其分为前、中、后，分别标记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个骨皮质(即强化椎体边缘)区域(图4a)。矢状面参考任海江[14]的分区方法，沿椎体后缘作2条垂线，平均分为α、β、γ三个骨皮质(即强化上下终板及前后壁)区域(图4b)。冠状面参考ZHOU等[15]的研究分区方法，沿脊柱后正中线和双侧椎弓根内侧缘作3条垂线，将椎体从左到右依次标记为A、B、C、D四个骨皮质(即强化上下终板及侧壁)区域(图4c)。

1.4.7   实验分组   按上述分区方法，根据伤椎横断面、矢状面、冠状面内骨水泥骨皮质强化差异进行分组。
横断面分为4组：即无皮质强化组(图5A)、强化Ⅰ区域(图5B)、强化Ⅰ+Ⅱ区域(图5C)、强化Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ区域(图5D)。
矢状面分为5组：即无皮质强化组(图6A)、强化α区域(图6B)、强化γ区域(图6C)、强化α+γ区域(图6D)、强化α+β+γ区域(图6E)。
冠状面分为4组：即无皮质强化组(图7a)、强化A+D区域(图7b)、强化B+C区域(图7c)、强化A+B+C+D区域(图7d)。

1.5   主要观察指标   观察在三维层面不同区域骨皮质强化下，模拟人体前屈、后伸、左/右侧弯和左/右轴向旋转不同体位变化对T12椎体松质骨、皮质骨、T11/T12椎间盘、T12/L1椎间盘、T11下终板、L1上终板生物力学的影响。

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目前，尚无研究关注骨皮质强化对骨质疏松性椎体压缩性骨折治疗的影响，也缺少三维层面的分析，因此有必要从生物力学角度结合临床和影像学资料进行分析。针对该问题，此次研究提出经皮椎体成形术中骨皮质强化技术的概念，其定义为：观察经皮椎体成形术中骨水泥对于椎体前后壁、侧壁及上下终板的接触和强化程度。此次研究从三维有限元层面定义和分析了该技术对患者伤椎、邻近椎间盘和相邻终板强度的影响，为后续观察其临床疗效提供了力学分析和指导依据。
此次研究纳入1名门诊志愿者胸腰椎节段的CT扫描数据建立有限元模型，赋予材料属性反映椎体骨质疏松症的特征，该方法与既往研究类似[10，16]。同时有研究表明椎体骨折术后再塌陷主要发生在T10-L2[17]，胸腰段椎体的解剖特点决定了这里是发生椎体再塌陷的主要部位。胸腰段椎体较下腰段椎体的体积小，且脊柱的活动主要也在这个部位，反复的压缩应力致使手术椎体再次塌陷。此次研究模拟了T12椎体骨质疏松性椎体压缩性骨折并进行研究，反映出绝大部分胸腰段椎体骨折的一般情况，具有临床代表性。关于研究建模，诸多学者在做有限元研究时采用向伤椎内推注骨水泥圆柱体以模拟伤椎内骨水泥分布，他们发现尽管不同形状的骨水泥模拟经皮椎体成形会产生不同的应力和位移，但得出的实验结果基本一致[18-21]。既往较多非力学研究发现伤椎内骨水泥分布并非严格分布于某一象限[22-23]，此次研究在不考虑骨水泥量的情况下充分弥散于椎体的指定骨皮质区域，一定程度上可以真实反映骨水泥分布所带来的影响并给临床操作提供理论基础。
有关骨水泥在伤椎横断面骨水泥分布的研究较少，此次研究拟纳入骨皮质强化中间1/3及后1/3，但结合既往文献认为理想骨水泥分布状态为椎体前2/3区域[24]，且强化中间1/3及后1/3一定程度上会增加临床操作难度，故此次研究在参考既往研究基础上仅增加了骨水泥分布于伤椎整个横断面实验组。一项回顾性研究为了解经皮椎体成形术中骨水泥的分布区域与术后疼痛缓解程度，将椎体横断面沿椎体中心分别作一水平线和垂线，结果发现经皮椎体成形术中注入骨水泥时应尽量使其在横断面上均匀且广泛分布，分析原因为：若局限于椎体的前柱，将导致骨水泥在椎体内的分布不均匀，造成椎体的负载偏向转移，从而使微骨折未能得到稳定，降低了手术椎体的稳定性。当骨水泥分布双侧对称且广泛分布时，可为手术椎体提供良好的稳定性[25]。唐冲等[13]通过一项前瞻性研究将伤椎CT横断面按中轴线分为穿刺侧和非穿刺侧，再三等分为前、中、后3区，结果认为经皮椎体成形术中骨水泥对称分布于椎体内，使椎体两侧均衡强化，从而获得更好的生物力学性能。麦麦提敏·阿卜力米提[26]从CT 扫描的行经皮椎体成形治疗的模型椎体横断面中选取面积最大的截面，将此截面按“+”字形分为4个区域，研究结果指出骨水泥分布最大面积小于1/4时患者再发骨折发生率更高，骨水泥对称分布时再发骨折发生率较低，这些研究结果与作者观察结果基本一致。此次研究通过力学实验观察发现，当人体前屈、后伸、左/右侧弯和左/右轴向旋转不同体位变化下有无皮质强化伤椎(T12)松质骨、T11/T12椎间盘、T12/L1椎间盘、T11下终板、L1上终板最大Von Mises应力变化值并不明显，而伤椎皮质骨Von Mises应力值在人体前屈、左/右侧弯和左/右轴向旋转时差异显著，伤椎皮质骨Von Mises应力值整体呈下降趋势，皮质强化组最大Von Mises应力值明显小于无皮质强化组，同一平面内随着骨皮质水平强化越广泛Von Mises应力值整体呈下降趋势；与强化其他区域组相比，皮质强化整个横断面Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ区域组伤椎皮质骨Von Mises应力值最小。分析原因可能为：骨水泥对称且广泛分布避免了因应力不均导致力学偏移，手术区域刚度恢复更好，可为术椎提供良好的稳定性。基于以上结果，作者建议经皮椎体成形术中推注骨水泥时应尽量使其在横断面上广泛且对称分布于椎体边缘皮质骨，可取得更好的临床疗效。
从矢状面骨水泥对皮质骨的强化关系来看，既往较多文献研究关于骨水泥分布与上下终板对伤椎高度的恢复及伤椎的再骨折情况，认为经皮椎体成形术中骨水泥在纵向弥散时，上下同时靠近或接触椎体终板，可以获得更好的椎体高度恢复率并可以降低伤椎再骨折发生率，这一观点基本达成共识[5，27-31]。而此次实验较既往研究对矢状面的划分更为细致和具象化，从三维角度沿椎体后缘做2条垂线平均分为α、β、γ三个骨皮质(即强化上下终板及前后壁)区域，在一定程度上弥补了既往研究区域划分的不足。通过有限元实验发现，经皮椎体成形术中矢状面骨水泥无皮质强化与骨水泥分别强化在前屈、后伸、左/右侧弯和左/右轴向旋转不同体位变化下伤椎松质骨、T11/T12椎间盘、T12/L1椎间盘、T11下终板、L1上终板最大Von Mises应力变化值并不明显。而在前屈、左/右侧弯和左/
右轴向旋转时，随骨皮质纵向强化程度增加，T12椎体皮质骨Von Mises应力值整体呈下降趋势，皮质强化整个矢状面α+β+γ区域组与有或无皮质强化组比较Von Mises应力值最小，同时还发现，无皮质强化组较强化骨皮质α区域、强化γ区域、强化α+γ区域最大Von Mises应力值减小。这与以往研究认为骨水泥同时接触上下终板可降低伤椎再发骨折观点有所不同，因为此次研究发现，经皮椎体成形术中骨水泥同时接触上下终板比骨水泥不接触终板(即无骨皮质强化)应力值反而增大，但当骨水泥纵向广泛充分强化包括上下终板在内的皮质骨时应力明显降低。作者认为，这可能与既往研究观察部位以及运用二维图像观察有关，椎体中前部作为多数研究的进针部位，而且实际上经皮椎体成形术中骨水泥并非严格只分布于其上下终板，或多或少都会向临近区域弥散尤其是椎体中部。另外，当骨水泥广泛纵向分布时，有利于伤椎高度恢复，抗压能力更好。王浩磊等[32]的研究中将伤椎内骨水泥分布分为接触上下终板、下终板上方、上终板下方和椎体中部4种分布类型，并得出结论骨水泥接触到上下终板可提供更好的垂直支撑，压力可同时作用于坚硬的上下终板；而在上终板下端、下终板上端及中间分布时，骨水泥支撑相对较少，导致伤椎再骨折发生率增加；同时该研究也认为，足够的骨水泥填充是恢复椎体高度和提高坚固支撑的保障因素。AN等[33]通过一项Logistic回归分析认为，骨水泥尽可能与受伤椎骨的上下终板接触，在X射线片上达到“脚踩地面，头靠穹顶”的视觉效果，以加强骨水泥与受伤椎骨小梁的锚定作用，可以预防术后椎体再骨折。WANG
等[34]、冯世波等[35]研究均认为PKP能很好地恢复伤椎高度，但术中使用球囊支撑使其周围骨质移位、填实，阻碍了骨水泥纵向分布于上下终板接触，是伤椎再骨折的危险因素之一。
上述结果均一定程度上支持此次研究结果，此次研究也发现皮质强化后并未对相邻结构应力产生影响，纵向皮质强化越好，可有效避免伤椎再骨折风险且不增加邻椎骨折、残留盘源性疼痛风险，临床疗效更好。同时，此次研究将伤椎矢状面沿椎体后缘做2条垂线平均分为3个骨皮质区域，在某种程度上可以验证作者使用这些模型来模拟椎体骨折中骨水泥分布更具有参考价值。基于此次结果，作者建议在确保椎体后壁完整及无骨水泥向椎管内渗漏的前提下，经皮椎体成形术中推注骨水泥时应尽量使其纵向广泛分布靠近上下终板及前后壁，这样骨水泥分布于椎体中央不接触伤椎骨皮质，临床疗效更好。
对冠状面骨水泥对皮质的强化情况。有诸多研究已经证实了骨水泥在伤椎内横向对称分布有利于伤椎内应力的均匀分布，对提高伤椎的稳定性、预防伤椎再骨折等方面效果更好[36-39]。通过此次生物力学实验发现，经皮椎体成形术中冠状面有或无骨水泥骨皮质强化在前屈、后伸、左/右侧弯和左/右轴向旋转不同体位变化下并未对相邻结构应力产生影响；而前屈、左/右侧弯和左/右轴向旋转对伤椎皮质骨Von Mises应力值变化值的影响差异显著，随骨皮质横向强化程度变化，T12椎体皮质骨Von Mises应力值呈下降趋势，皮质强化组Von Mises应力值明显小于无皮质强化组，皮质强化整个横断面组相对其他组Von Mises应力值最小。冯世波等[40]研究认为骨水泥分布于椎体中央，周围松质骨间的未填充区域较大，导致伤椎内应力集中、术后活动时再次塌陷的风险增加。王雪峰等[41]根据术后腰椎X射线正位片椎体中线与骨水泥位置关系将骨水泥分为3组，分别为骨水泥分布限制在椎体单侧、未跨过椎体中线，骨水泥分布于椎体中线左右但不分布于对侧椎弓根，骨水泥分布于椎体中线左右且达到对侧椎弓根上，并得出结论认为骨水泥在横断面上分布越广泛，术后伤椎前高比恢复率、Cobb’s 矫正角度改善更为满意并且可以早期缓解腰背部疼痛。LIU等[42]将术后腰椎X射线正侧位片分为4个象限，有效象限数量越多，骨质疏松性椎体压缩性骨折患者术后腰背部疼痛及生活质量改善越明显。同时，此次研究在既往研究冠状面骨水泥分布基础之上新增了A+D分组(即水泥对称分布但不集中于中线两侧)，但结果表明，骨水泥分布在该区域临床效果欠佳，这与既往研究结果一致[43-44]。因此，作者建议，经皮椎体成形术中推注骨水泥时应尽量使其横向广泛分布于中线两侧同时对称接触上下终板及侧壁，如果满足不了该条件，也应使骨水泥分布于中线两侧对称接触上下终板，同样可以起到良好的临床疗效。 
有趣的是，此次研究发现，不论有或无骨皮质强化，并未对伤椎皮质骨以外结构应力产生影响，作者分析原因可能为，此次实验未模拟骨质疏松性椎体压缩性骨折楔形变在推注骨水泥后对脊柱生物力学影响较小，而且椎体皮质骨为主要载荷部。同时李安明等[45]认为椎体成形术的作用原理即注入骨水泥后使原有骨质疏松性松质骨得到强化，使垂直方向上部分压力由骨水泥承载，应力在伤椎中被重新分布，伤椎的骨松质承受力也就相对减少，疏松椎体整体可以承受更大的压力。另外，此次研究也发现，不论在伤椎横断面、矢状面或冠状面，骨水泥有或无骨皮质强化在后伸体位时伤椎、邻近椎间盘及邻近终板最大Von Mises应力值变化均不明显。针对该现象，查阅文献发现这可能是在后伸姿态下应力主要集中在椎体中柱及椎弓根部分，所以对椎体皮质骨应力峰值影响较小[46]。作者认为，这可能与实验模型及椎体本身解剖因素有关。首先，实验模型未模拟骨折压缩导致伤椎前缘压缩而产生脊柱后凸的代偿；其次，椎体前柱骨小梁稀疏为力学薄弱区且前屈弧度较后伸大，故不难理解为后伸影响较小。同时，此次研究还发现，不论在横断面、矢状面或冠状面，皮质强化最佳组较无皮质强化组最大Von Mises应力值明显降低，在皮质强化组中，整体Von Mises应力值整体虽然呈下降趋势，而个别体位(右弯及右旋)时同一平面中骨皮质强化并非越多越好，由于骨皮质差异以及体位不同，结果可能会出现偏倚，但变化均极其细微。结合既往文献也发现，既往很多关于生物力学研究在同一平面反向体位时均存在应力值不完全统一的现象，但结果均无显著变化，这在某种程度上可以验证作者使用这些模型得出结论是合理的。
根据针对骨水泥对骨皮质强化情况的有限元分析结果表明，在经皮椎体成形术中骨水泥骨皮质强化差异与临床疗效密切相关。进行经皮椎体成形手术时，在无骨水泥渗漏情况下，横断面内骨水泥应尽量广泛对称水平分布于椎体骨皮质边缘，矢状面内骨水泥应广泛纵向分布且靠近上下终板及前后壁，冠状面内骨水泥应广泛分布于中线两侧同时对称接触上下终板及侧壁，可有效避免伤椎再骨折风险且不增加邻椎骨折、残留盘源性疼痛风险。经皮椎体成形术中有骨皮质强化最佳组较无骨皮质强化最大Von Mises应力值明显变小，在皮质强化组中，整体Von Mises应力值整体虽然呈下降趋势。推测经皮椎体成形术中良好的骨皮质强化可能是预防伤椎再骨折的保护性因素，骨水泥皮质强化差异可能为伤椎再骨折的危险因素。综上，作者认为骨皮质强化技术的提出可以更加具象化骨水泥对椎体皮质的力学强化情况，可为临床应用提供理论指导。
此次研究中模型相对简化，只选择T11-L1节段进行研究，而脊柱不同节段的受力情况、活动度存在一定差异，各种组织被看作同质、各向同性及线弹性材料，不能精确模拟人体实际情况；模型没有模拟骨折的楔形变，是在高度正常的椎体内添加骨水泥模型，不能完全代表所有的椎体成形术情况；骨水泥在椎体内的分布比较复杂，此次研究通过人为分区，并在该区域内注射比较规整的骨水泥模型说明疗效，增加了临床操作难度。在以后关于经皮椎体成形治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的生物力学研究中，可以选用不同节段或长节段进行研究，建立与临床操作更接近的模型，充分考虑骨水泥分布差异，使研究结果更加具有可信度。

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

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骨皮质强化技术：临床上经皮椎体成形术向伤椎内推注一定量骨水泥，通过三维层面观察骨水泥对伤椎椎体前后壁、侧壁及上下终板的接触和强化程度。
三维有限元分析：是一种随着电子计算机的发展而迅速发展起来的弹性力学问题的数值求解方法，在这种方法中一个物体或系统被分解为由多个相互联结、简单、独立的点组成的几何模型。#br# #br#

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#br#

文章目的：采用三维有限元分析探讨经皮椎体成形术中骨水泥在椎体三维层面内骨皮质强化差异对骨质疏松性椎体压缩性骨折椎体、临近椎间盘及终板生物力学分布情况，以评估其效果。

文章意义：本研究从三维角度(横断面、矢状面、冠状面)对骨水泥在椎体骨皮质强化方面的差异进行三维有限元分析研究，尝试从三维角度评价骨皮质强化程度对于椎体成形术疗效和术后再发骨折风险的影响。

创新点：很多研究发现经皮椎体成形术中骨水泥在椎体骨皮质分布与生物力学及其临床疗效密切相关，但针对术中骨水泥对椎体骨皮质的强化程度与其生物力学和临床研究结果尚缺少。既往研究多以二维角度(矢状面、冠状面)观察其生物力学变化对临床疗效的影响，本研究从三维角度(横断面、矢状面、冠状面)骨水泥皮质强化差异展开生物力学研究并观察其临床疗效。#br# #br# 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#br#

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