隆全利 任國玲 孟麗 孫建筑 白勝輝 胡建威

（唐山市豐潤區(qū)人民醫(yī)院 河北唐山 063000）

單側(cè)與雙側(cè)入路椎體成形后椎間盤生物力學分析

隆全利 任國玲 孟麗 孫建筑 白勝輝 胡建威

（唐山市豐潤區(qū)人民醫(yī)院 河北唐山 063000）

根據(jù)患者的CT圖像資料建立椎體的L1到L2三維有限元模型，然后將材料信息輸入，設(shè)立模型的邊界條件，將軸向負載， 施加在有限元模型上，模擬人體重力方向。根據(jù)結(jié)果評價單側(cè)及雙側(cè)入路椎體成形術(shù)后椎間盤應力分布情況。隨著負載力的增加，應變和應力也會逐漸提高，導致患者的椎間盤發(fā)生近似線性的彈性變形，但變形程度較小。椎間盤的應力出現(xiàn)集中現(xiàn)象，如果單獨考慮生物力學，雙側(cè)人路注射比單側(cè)注射方法有明顯的優(yōu)勢。

椎間盤 單雙入路 彈性變形 有限元

引言

作為一種微創(chuàng)手術(shù),椎體成形術(shù)指的是將骨水泥從椎弓根注射入椎體當中,以期改善患者椎體的變形程度,并發(fā)揮出穩(wěn)定骨折的效果,同時緩解腰痛,現(xiàn)在已在臨床得到廣泛應用。病人穿刺后偶爾出現(xiàn)腰疼加重及下肢麻木的情況,除了受到患者本身椎間盤或脊柱等因素的影響外,很大程度上可能來自椎體成形術(shù)本身,因為穿刺方法和注射骨水泥的方式均會直接影響椎體內(nèi)骨水泥的分布從而影響椎間盤,從而造成腰及雙下肢癥狀。就目前看來,椎體成形術(shù)包括了單側(cè)穿刺和雙側(cè)穿刺,雖然治療效果沒有顯著區(qū)別,但在是否其力學分布上也相似？特別是椎間盤的生物力學,其對臨床癥狀的影響更大,本研究利用幾何生物力學模型對兩種穿刺法進行分析,旨在找到更佳的穿刺方式。

1 材料和方法

1.1 原始數(shù)據(jù)來源

模型的原始影像是一位男性患者,患者進行了椎體成形術(shù),手術(shù)采用單側(cè)入路,注射骨水泥6ml,對患者椎間盤L1到L2節(jié)段利用CT掃描進行術(shù)前、術(shù)后的診斷掃查,將層厚設(shè)置為0.75mm,并將數(shù)據(jù)集分辨率設(shè)定為512×512×90,通過CT掃查獲取相應節(jié)段的影像。之后使用PHOTO SHOP軟件 對圖像進行模擬計算,并在軟件中虛擬雙側(cè)穿刺,患者左右側(cè)各注入骨水泥3ml。

1.2 對三維幾何模型進行建立

將得到的CT圖像使用閾值分割法以及人工分割法進行分割,之后利用ansys商業(yè)軟件進行下一步操作。將點和面的相關(guān)信息完整輸入軟件,從而保證實體模型的完備,之后在網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)上將各種材料信息詳細輸入,從而建立起實體模型［1］。

1.3 有限元模型施加負載

本研究在施加負載之前,對椎體及椎間盤模型進行了下位椎體下表面的固定。在患者的受損椎體上施加縱向負載,負載力為500N,并成倍增加,直到2500N為止,從而模擬出各種負載力施加下椎體以及椎間盤當中應力的變化情況。與此同時,觀察此過程中骨水泥在兩種入路注射情況下發(fā)生的生物力學變化。

2 結(jié)果

經(jīng)過分析研究我們發(fā)現(xiàn),隨著負載力的增加,應變和應力也會逐漸提高,導致患者的椎間盤發(fā)生近似線性的彈性變形,但變形程度較小。單側(cè)穿刺注射骨水泥會承受更大的應力,同時椎間盤的應力出現(xiàn)集中現(xiàn)象。

3 討論

本研究課題具有如下特點：（1）具有較強的可比性及真實性。研究中所用病例為實際病例,患者接受的是單側(cè)入路椎體成形術(shù)。在臨床治療中,對于僅有一個椎體骨折的患者來說,不可同時進行單側(cè)穿刺和雙側(cè)穿刺；而如果研究不同的患者或者不同的椎體,由于椎體間存在較大差異,那么很可能失去可比性。因此如何對單側(cè)穿刺椎體成形術(shù)和雙側(cè)穿刺椎體成形術(shù)的優(yōu)劣進行準確的評價呢？無論是使用干濕標本還是在現(xiàn)實治療當中都無法實現(xiàn)兩種方式的同時應用,因此需要找到一種仿生學來解決這個問題,而有限元分析方法將這一研究付諸于了實踐。（2）在本次研究中,由于計算量十分大,因此應用了展磊［2］論文中所提到的一個數(shù)學模型,并參考了文中的三維有限元分析,同時還參考了林宏銘［3］所著的椎體成形術(shù)之生物力學分析。

［1］陳響，李海云，楊新建.一種基于影像特征經(jīng)皮椎體成形術(shù)生物力學穩(wěn)定性評估的有限元模型［J］.中國組織工程研究與臨床康復，2007，9：1796-1800.

［2］展磊.股骨頭壞死的三維有限元分析及與治療方法選擇的研究廣州中醫(yī)藥大學2008.博士論文.

［3］林宏銘.椎體成形術(shù)之生物力學分析臺灣國立陽明大學2003 碩士論文.

R-3

A

1674-2060（2016）03-0123-01