不同治疗方法对骨质疏松性胸腰椎压缩骨折椎体力学稳定性影响的有限元分析

目的 采用有限元分析探讨不同治疗方法治疗骨质疏松性椎体压缩骨折(osteoporotic vertebral compression fracture,OVCF)对脊柱力学稳定性变化的影响。方法 选择2020年1月—2021年6月收治的10例胸腰椎OVCF患者，其中5例行微创手术治疗(手术组)，5例行保守治疗(保守治疗组)；另选择5例健康志愿者作为正常对照(正常对照组)。3组研究对象年龄及性别差异均无统计学意义(P>0.05)。手术组及保守治疗组于治疗前后行骨折椎体及邻近节段CT扫描，正常对照组行T12～L2 CT扫描检查。将CT扫描数据导入Mimics10.01软件，构建三维有限元模型；将正常对照组模型与既往相关文献测量结果进行比较验证有效性后，测量各组不同运动状态下脊柱结构应力及活动度(range of motion,ROM)。结果 经验证研究构建的三维有限元模型有效。治疗后在不同运动状态下，3组结构应力比较差异均有统计学意义(P<0.05)。治疗前，手术组和保守治疗组各向ROM均低于正常对照组(P<0.05)，保守治疗组和手术组差异无统计学意义(P>0.05)；治疗后，正常对照组和手术组各向ROM均高于保守治疗组(P<0.05)，手术组与正常对照组差异无统计学意义(P>0.05)。结论 对于OVCF患者，采用微创手术治疗可以获得较好效果，与保守治疗相比，能提高脊柱稳定性，可以作为一种首选治疗方法，有助于改善患者预后。

关键词：骨质疏松椎体压缩骨质；有限元分析；椎体力学；胸腰椎；

1.1    研究对象以 2020 年 1 月—2021 年 6 月成都市金牛区人民医院收治的 10 例 OVCF 患者为研究对象，其中5 例行微创手术治疗（手术组），5 例行保守治疗（保守治疗组）。手术组：男 2 例，女 3 例；年龄56～83 岁，平均 69.3 岁。病变节段：胸椎 1 例，腰椎 1 例，胸腰椎 3 例。手术类型：经皮椎体后凸成形术 2 例，经皮椎体成形术 3 例。保守治疗组：男2 例，女 3 例；年龄 57～85 岁，平均 69.5 岁。病变节段：胸椎 1 例，腰椎 2 例，胸腰椎 2 例。保守治疗方法：患者卧硬板床，根据疼痛程度给予相应止痛药，待疼痛缓解达到可耐受或者消失后停止用药，同时予以补充钙及维生素 D 的基础骨质疏松治疗方案，2 个月后患者佩带腰部支具进行功能锻炼。选择 5 例健康志愿者作为正常对照（正常对照组）。男 2 例 ，女 3 例；年龄 5 5～80 岁，平均69.1 岁。3 组研究对象年龄以及性别比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。 

1.2    研究方法 

1.2.1    CT 扫描　手术组及保守治疗组于治疗前3 d 和治疗后 1 个月行骨折椎体及邻近节段椎体扫描，正常组行 T12～L2 椎体扫描检查。采用德国西门子公司 SOMATOM Emotion 16 层螺旋 CT 仪，检查时患者取仰卧位，对相应节段进行连续扫描，获得数据以 Dicom 格式保存。扫描条件：电压 120 kV，电流 125 mA，层厚 0.62 mm，层间距 0.5 mm。 

1.2.2    三维模型构建 将 CT 数据导入 Mimics10.01 软件（Materialise 公司，比利时），通过区域增长、填充空洞以及阈值分割等功能对骨与软组织信息进行提取，利用三维建模功能并经 Remesh 操作，构建胸腰椎三维模型。然后将 txt 格式三维模型数据导入 Geomagic Studio 软件（Geomagic 公司，美国），经点阶段和封装阶段、多边形阶段、曲面阶段等处理成实体模型，并以 iges 格式导出。

1.2.3    有限元模型构建　将三维模型导入 Mimics10.01 软件，得到 Mimics 操作的基本视窗界面，通过鼠标和定位工具栏快速定位，将提取的像素存放在一个新建的 Mask 里，对表面比较毛糙、不平滑可能影响后期力学软件计算结果的部分进行几何清理。再使用工具栏中的 dilate、erode 形态学处理功能将未填充孔洞和表面变平整，然后用 FEM 模块网格划分工具划分三维模型表面，使骨骼壳组织生成，对壳组织网络进行优化。按照上述步骤将各个椎间盘纤维环、髓核、软组织、终板以及韧带进行重建，获得胸腰椎有限元模型（图 1）。有限元分析模型各结构材料属性参数见表 1。

1.2.4    三维有限元模型有效性验证　基于当前国内外人体脊柱有限元研究文献、实验测量及有限元模型验证结果[4-5]，分析正常对照组正常人体胸腰椎模型在不同运动状态（左/右旋转、左/右侧弯、后伸以及前屈）下的活动度（range of motion，ROM）。 

1.2.5    测量指标　正常对照组及手术组、保守治疗组治疗前后的左/右旋转、左/右侧弯、后伸及前屈ROM；正常对照组及手术组、保守治疗组治疗后轴向、左/右旋转、左/右侧弯、后伸及前屈结构应力。 

1.3    统计学方法采用 SPSS20.0 统计软件进行分析。计量资料经正态性检验均符合正态分布，数据以均数±标准差表示，组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用 LSD 检验；检验水准 α=0.05。

参考文献：程明,彭诗语,江娇等.不同治疗方法对骨质疏松性胸腰椎压缩骨折椎体力学稳定性影响的有限元分析[J].中国修复重建外科杂志,2022,36(12):1519-1523.

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