目的:近年来,经皮椎体成形术( percutabeous vertebroplasty, PVP)和球囊扩张后凸成形术(Ky-phoplasty , KP)已成为治疗老年人骨质疏松椎体压缩性骨折的常用微创手术方法。但就国内外已有的相关报道来看[1.2],球囊扩张后凸成形术(KP)比(PVP)有着更好的恢复椎体高度,纠正脊柱后凸畸形的效果,而且骨水泥渗透率相对更低[3.4.5]。然而随着KP在临床上广泛应用,学者们也越发的关注术后邻近椎体骨折的问题,目前已有一些关于PVP术后情况的报道[6.7.8],但由于PVP与KP从术式特点上确有不同,而且关于计算机模拟KP术后邻近椎体的生物力学变化的研究较少。因此,建立术前、术后两个脊柱功能单元的三维有限元模型。为了能充分反映出人体的生物学特性,区别与以往基于尸体建模的模式,采用基于患者的实体建模,加强对椎间盘、皮质骨、松质骨、韧带及后部结构的模拟,使其更接近与真实结构[1]。观察模型在正常范围内的垂直压缩、前屈后伸、侧弯情况下,手术前后强化椎体、邻近椎体、邻近椎间盘和后部结构的生物力学变化,研究KP对邻近节段的生物力学影响。方法:随机选取一名老年骨质疏松压缩性骨折病人,女性,68岁,身高160cm,体重55kg,先行X线检查,排除椎体压缩骨折以外的其他可见的脊柱病变,采用西门子CT扫描机,自上而下行螺旋扫描,扫描范围包括T11-L1全部骨性结构、韧带及椎间盘,行CT扫描机,自上而下行螺旋扫描,层厚0.6mm,层间距0mm,扫描范围包括T11-L1全部骨性结构、韧带和椎间盘。扫描图片共789张,实际建模采用中间有效部位745张。将扫描数据存入可读写光盘。运用自行编写的c语言数字图像处理程序图像对T11-L1骨性结构和椎间盘区域进行边缘检测,提取边界坐标,并整理成点云文件。将点云文件输入逆向工程软件Geomagic,在其中模型经历点阶段(Point Phase)、多边形阶段(Polygon Phase)、成形阶段(Shape Phase)等三个处理阶段,生成NURBS曲面。由NURBS曲面构造的实体模型通过IGES文件导入到有限元分析软件Ansys9.0中去,对椎体皮质骨、松质骨、椎间盘用三维十节点四面体结构实体单元进行网格划分,上下终板和纤维环被简化成一体,中间髓核部分被区分出来。固定L1下终板和部分小关节部位,自T11上终板竖直向下均匀加载300N,观察T11-T12椎间盘,T12-L1椎间盘,T11下终板,L1上终板的应力变化;然后于T11上终板加载转矩为10N.m的应力,观察测试其在前屈、后伸、侧屈、轴向旋转状态下的应力变化。结果:在垂直荷载压力下,T11下终板和L1上终板表面应力与术前相比,应力分布有所变化,但并无明显增加,而且远低于相关实验研究所报道[14]的终板受损变形的最低值;T11-T12椎间盘和T12-L1椎间盘所受应力,与术前相比,虽然低于相关文献报道所能承受的最大值,但应力明显增大。结论:球囊扩张后凸成形术有效的改善了脊柱功能单位的生物力学性能,有效的恢复了术椎的高度,对邻近椎体未产生较大的影响,但由于术后,椎间盘应力增加,并且应力分布集中,因此会加速邻近椎间盘的退变。