钱程 蒋涛

    南京中医药大学常州附属医院骨伤科，江苏常州 213000

    第七次全国人口普查结果显示，我国人口老龄化进一步加剧，骨质疏松症及其引发的脆性骨折发病率不断上升，严重影响老年人群的生活质量及健康寿命。骨质疏松性椎体压缩骨折是由于骨质疏松导致椎体密度、骨强度及骨质量降低而极易发生的脆性骨折，对于压缩严重或不稳定的椎体骨折应考虑行手术治疗[1]。近年来，经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty，PVP)依靠微创、有效止痛、快速恢复等优势逐渐发展成治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的首选方式[2]。然而，临床观察表明，PVP 在广泛应用的同时也存在诸多问题，临床上较常见的术后并发症有椎体应力集中引发邻近椎体骨折、骨水泥渗漏引起神经根压迫、致死性肺栓塞等[3]。有限元分析法基于人体脊柱计算机断层扫描(computed tomography，CT)的原始数据构建出压缩椎体PVP 术前、术后的三维有限元模型，并对模型进行全方面、多角度的生物力学模拟实验，通过分析和对比实验数据能够精准地反映椎体的力学应变，从而有效地制订手术方案、优化手术设计、提高手术疗效、减少手术并发症。

    1 有限元分析法的简介

    有限元分析法是一种能够模拟复杂物理系统的数学建模方法。它的基本原理是将一个由无限个质点组成并且有无限个自由度的连续体近似为有限个单元所组成的集合体，这样就使结构、运动复杂的研究对象的力学参数计算成为可能[4]。有限元分析法最初被用来解决航空工程中结构设计的诸多问题[5]。20 世纪80 年代科研人员开始将有限元分析法应用于脊柱的生物力学领域中。其在脊柱生物力学的运用主要分为3 个阶段：①建模阶段：使用CT 对研究对象提取相应数据，运用图像建模软件如Mimics 搭建三维有限元模型；②计算阶段：根据研究对象各元素的不同属性进行材料赋值，对构建完成的模型施加载荷，最后通过专业软件如Abaqus 获得研究对象的受力数据；③后处理阶段：通过动态地改变载荷从而获得一组分析数据，将数据汇总后进行再次分析。随着计算机技术的迅速发展，椎体、椎间盘、韧带、肌肉等结构和组织的有限元模型被更加完整、精确地建立起来。相较于传统的生物力学研究方法，有限元分析法有优良的可替换性及可重复性，它通过个性化设定相关条件和材料属性能够尽可能地还原脊柱复杂的结构特点。

    2 利用有限元分析法改进PVP

    双侧椎弓根入路和单侧椎弓根入路是临床上实施PVP 的常规入路方式，自PVP 诞生以来就有大量关于对比两种入路优劣的研究 ......