椎间隙骨水泥渗漏的不同分型对邻椎相邻终板应力分布的影响：三维有限元研究

目的通过有限元法分析各型骨水泥椎间隙渗漏对于邻椎终板应力的影响, 明确椎体强化术中发生骨水泥椎间隙渗漏的生物力学效应, 并提出新的椎间隙渗漏系统性分型法。方法基于Churojana分型法, 对椎间隙骨水泥渗漏分型进行重新定义:将渗漏分为Ⅰ型(间隙内-盘外型)、Ⅱ型(盘内型)、Ⅲ型(混合型)。其中Ⅱ型按照骨水泥漏出方位分为Ⅱa(前方)、Ⅱb(中央)、Ⅱc(后方)、Ⅱd(侧方)、Ⅱe(跨区域)五个亚型, 每型再根据漏出骨水泥是否抵及邻椎终板而分为两个次亚型, 即1型为骨水泥未抵及邻椎终板, 2型为骨水泥抵及邻椎终板。使用Mimics17.0软件对胸腰段脊柱三维重建, 采用Geomagic 2015制作L1椎体骨折模型, 组件导入Ansys workbench17.0有限元软件进行组装, 并制作L1骨水泥向上方渗漏进入T12/L1椎间隙的骨质疏松压缩性骨折PKP术后骨水泥椎间隙渗漏模型。验证模型有效后, 对完整脊柱模型、无渗漏模型、各种渗漏模型分别求解, 分析T12下终板应力分布在中立、前屈、后伸、左屈、右屈、左旋、右旋等工况下的改变情况。结果完整模型的T12下终板应力最大数值为:中立位11.476 MPa;前屈位19.517 MPa;后伸位16.879 MPa;左屈位42.346 MPa;右屈位43.033 MPa;左旋位6.568 MPa;右旋位6.568 MPa。与完整模型相比, 无渗漏模型在中立位、前屈位、后伸位时邻椎终板最大应力为12.967 Mpa(112.99%)、23.134 Mpa(118.53%)、20.403 Mpa(120.88%), 而在左、右屈及左、右旋活动中邻椎终板最大应力未见明显升高。与无渗漏模型相比, Ⅰ型渗漏邻椎终板应力在右旋位为10.197 Mpa(148.17%), 其余工况应力数值未见明显升高;Ⅱ型渗漏中:Ⅱa1型在前屈位应力升为28.506 Mpa(123.40%);Ⅱa2型在前屈位为84.791 Mpa(366.52%);Ⅱb2型在中立位为14.138 Mpa(122.82%), 在前屈位为27.313 Mpa(118.06%);Ⅱc1型在后伸位为19.695Mpa(128.50%);Ⅱc2型在后伸位为67.740 Mpa(441.97%);Ⅱd2型(右)在右屈位为123.940 Mpa(285.83%)。其余各Ⅱ型渗漏中应力升幅较低或未见明显升高。左/右旋工况中, 邻椎终板应力值较小, 为5.095～15.585 Mpa。结论骨水泥填充术后:邻椎终板应力将轻度增加;发生Ⅰ型渗漏不会显著增加邻椎终板应力;发生Ⅱ型渗漏使漏出方向相应位置的邻椎终板应力增加, 2次亚型的邻椎终板应力高于1次亚型, 如为边缘型Ⅱ型渗漏(Ⅱa、Ⅱc、Ⅱd), 脊柱向漏出方向屈曲则应力增幅会显著升高。