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目的：
骨质疏松是最常见的骨科疾病之一，骨质疏松性椎体压缩性骨折（osteoporotic vertebral compression fractures，OVCFs）是骨质疏松最严重的后果。由于人口老龄化，OVCFs的发病率呈上升趋势。PKP（percutaneous kyphoplasty，经皮椎体后凸成形术）是治疗OVCFs的常用方法。1998年，美国的Reiley医生为一名OVCFs患者实施了世界上的第一例PKP手术。从此之后，PKP在世界范围内得到了广泛的应用。PKP在OVCFs的治疗方面发挥着很大的优势，它不仅对患者的创伤较小，而且可以明显的减轻患者的疼痛、稳定骨折的椎体、恢复骨折椎体的高度和矫正脊柱的后凸畸形。然而，其长期效果可能受到潜在骨质疏松症的严重程度和重复骨折的发生率的影响。多项大型的患者随访研究发现，在PKP的短期和长期随访中都存在相邻椎体椎骨折（AVF,adjacent vertebral body fracture）的发生率增加的问题。并且，生物力学方面的研究也发现，骨折的椎体在行PKP后其相邻椎体骨折的风险增加。但是，目前关于PKP术后邻椎骨折的原因仍然众说纷纭，尚不清楚AVF是否是P K P导致的结果还是骨质疏松症的自然病程，或者是由其它原因所导致。因此，针对PKP术后邻椎骨折的原因需要进一步研究。那么在椎体骨质疏松程度不断降低的情况下AVF的发生情况到底如何？PKP后与PKP前椎体的生物力学变化情况会有哪些不同？因此，本研究以椎体的骨质疏松程度变化为基础，通过有限元模型对PKP前后椎体的生物力学进行分析，从而研究PKP术后邻椎骨折的发生和发展机制以及PKP对骨折椎体的增强机制，对OVCFs的治疗和AVF的预防有重要意义。
方法：
本研究有两部分组成。第一部分：首先，建立正常人体PKP术前腰3—骶椎三维有限元模型。将腰3-腰5看做一个整体，通过同时改变模型中腰3-腰5椎体的材料学参数将其分成6个骨质疏松等级，以此来模拟脊椎的骨密度由高向低逐渐变化的状况。其中，松质骨的骨质疏松等级划分主要依据文献中提供的CT值，皮质骨和终板的骨质疏松等级划分主要依据文献中提供的弹性模量，并对松质骨和皮质骨的材料参数做适当调整使两者能互相匹配。然后，分别对不同骨密度的模型施加相同的载荷来模拟人体突然跌倒的活动状态，在施加载荷后对有价值的生物力学数据进行收集，主要收集的数据指标为：腰3、腰4和腰5椎体的竖向位移、Von Mises应力和Von Mises应变。第二部分：首先，以上述模型为基础，在模型的腰4椎体上模拟PKP术，建立PKP术后的腰3—骶椎的三维有限元模型。然后，按照和第一部分相同的方法对模型施加载荷和进行生物力学数据收集。最后，通过对得到的数据进行分析来研究AVF的发生机制及PKP对骨折椎体的增强机制。
结果：
1、随着骨质疏松程度的逐渐加重，无论是PKP前还是PKP后，椎体骨折体积比例、最大Von Mises应力和最大Von Mises应变这三项生物力学指标都明显增高。PKP前和PKP后，腰3和腰5椎体在中度骨质疏松程度（CT值=90Hu）时开始具有骨折风险，在中重度骨质疏松程度（CT值=70Hu）时具有较高的骨折风险。腰4椎体PKP前在中重度骨质疏松程度（CT值=70Hu）时开始具有骨折风险，PKP后在重度骨质疏松（CT值=50Hu）时开始具有骨折风险。
2、与PKP前的各项数据相比，腰4椎体PKP后骨折体积百分比平均减少了55.52%，最大Von Mises应变平均减少了5.81%，最大Von Mises应力平均减少了6.66%；腰3椎体PKP后骨折体积百分比平均增加了1.45%，最大Von Mises应变平均增加了0.54%，最大Von Mises应力平均增加了1.01%；腰5椎体PKP后骨折体积百分比平均增加了0.74%，最大Von Mises应变平均增加了0.01%，最大Von Mises应力平均减少了0.05%。
3、PKP前后Von Mises应力、Von Mises应变和竖向位移在椎体中的分布情况差别不大。各种情况下椎体的竖向位移都是从椎体前部到后部逐渐增大。腰3椎体的高应力和高应变区域主要分布在椎体前部，腰4椎体的高应力和高应变区域主要分布在椎体侧部和后部，腰5椎体的高应力和高应变区域主要分布在椎体侧部和前部。
结论：
椎体骨折的风险和骨质疏松程度关系密切，无论是PKP前还是PKP后，随着骨质疏松程度的增加椎体骨折的风险都会明显增加，70Hu的CT值可以用来作为预测OVCFs及AVF发生风险的临界值。通过PKP后与PKP前各项数据的对比发现，PKP可在较大程度上降低手术椎体的骨折风险，只在很小程度上的增加邻椎骨折的风险，并且对椎体力学的分布情况几乎没有影响。本研究认为PKP术后邻椎骨折的原因为骨质疏松的自然进展和PKP综合作用的结果，其中骨质疏松的自然进展起主要作用。因此，在临床上对于满足手术条件的OVCFs患者应当建议其行PKP治疗；对于PKP术后的病人要进行规范的抗骨质疏松治疗，以此来更好地预防AVF的发生。
骨质疏松是最常见的骨科疾病之一，骨质疏松性椎体压缩性骨折（osteoporotic vertebral compression fractures，OVCFs）是骨质疏松最严重的后果。由于人口老龄化，OVCFs的发病率呈上升趋势。PKP（percutaneous kyphoplasty，经皮椎体后凸成形术）是治疗OVCFs的常用方法。1998年，美国的Reiley医生为一名OVCFs患者实施了世界上的第一例PKP手术。从此之后，PKP在世界范围内得到了广泛的应用。PKP在OVCFs的治疗方面发挥着很大的优势，它不仅对患者的创伤较小，而且可以明显的减轻患者的疼痛、稳定骨折的椎体、恢复骨折椎体的高度和矫正脊柱的后凸畸形。然而，其长期效果可能受到潜在骨质疏松症的严重程度和重复骨折的发生率的影响。多项大型的患者随访研究发现，在PKP的短期和长期随访中都存在相邻椎体椎骨折（AVF,adjacent vertebral body fracture）的发生率增加的问题。并且，生物力学方面的研究也发现，骨折的椎体在行PKP后其相邻椎体骨折的风险增加。但是，目前关于PKP术后邻椎骨折的原因仍然众说纷纭，尚不清楚AVF是否是P K P导致的结果还是骨质疏松症的自然病程，或者是由其它原因所导致。因此，针对PKP术后邻椎骨折的原因需要进一步研究。那么在椎体骨质疏松程度不断降低的情况下AVF的发生情况到底如何？PKP后与PKP前椎体的生物力学变化情况会有哪些不同？因此，本研究以椎体的骨质疏松程度变化为基础，通过有限元模型对PKP前后椎体的生物力学进行分析，从而研究PKP术后邻椎骨折的发生和发展机制以及PKP对骨折椎体的增强机制，对OVCFs的治疗和AVF的预防有重要意义。
方法：
本研究有两部分组成。第一部分：首先，建立正常人体PKP术前腰3—骶椎三维有限元模型。将腰3-腰5看做一个整体，通过同时改变模型中腰3-腰5椎体的材料学参数将其分成6个骨质疏松等级，以此来模拟脊椎的骨密度由高向低逐渐变化的状况。其中，松质骨的骨质疏松等级划分主要依据文献中提供的CT值，皮质骨和终板的骨质疏松等级划分主要依据文献中提供的弹性模量，并对松质骨和皮质骨的材料参数做适当调整使两者能互相匹配。然后，分别对不同骨密度的模型施加相同的载荷来模拟人体突然跌倒的活动状态，在施加载荷后对有价值的生物力学数据进行收集，主要收集的数据指标为：腰3、腰4和腰5椎体的竖向位移、Von Mises应力和Von Mises应变。第二部分：首先，以上述模型为基础，在模型的腰4椎体上模拟PKP术，建立PKP术后的腰3—骶椎的三维有限元模型。然后，按照和第一部分相同的方法对模型施加载荷和进行生物力学数据收集。最后，通过对得到的数据进行分析来研究AVF的发生机制及PKP对骨折椎体的增强机制。
结果：
1、随着骨质疏松程度的逐渐加重，无论是PKP前还是PKP后，椎体骨折体积比例、最大Von Mises应力和最大Von Mises应变这三项生物力学指标都明显增高。PKP前和PKP后，腰3和腰5椎体在中度骨质疏松程度（CT值=90Hu）时开始具有骨折风险，在中重度骨质疏松程度（CT值=70Hu）时具有较高的骨折风险。腰4椎体PKP前在中重度骨质疏松程度（CT值=70Hu）时开始具有骨折风险，PKP后在重度骨质疏松（CT值=50Hu）时开始具有骨折风险。
2、与PKP前的各项数据相比，腰4椎体PKP后骨折体积百分比平均减少了55.52%，最大Von Mises应变平均减少了5.81%，最大Von Mises应力平均减少了6.66%；腰3椎体PKP后骨折体积百分比平均增加了1.45%，最大Von Mises应变平均增加了0.54%，最大Von Mises应力平均增加了1.01%；腰5椎体PKP后骨折体积百分比平均增加了0.74%，最大Von Mises应变平均增加了0.01%，最大Von Mises应力平均减少了0.05%。
3、PKP前后Von Mises应力、Von Mises应变和竖向位移在椎体中的分布情况差别不大。各种情况下椎体的竖向位移都是从椎体前部到后部逐渐增大。腰3椎体的高应力和高应变区域主要分布在椎体前部，腰4椎体的高应力和高应变区域主要分布在椎体侧部和后部，腰5椎体的高应力和高应变区域主要分布在椎体侧部和前部。
结论：
椎体骨折的风险和骨质疏松程度关系密切，无论是PKP前还是PKP后，随着骨质疏松程度的增加椎体骨折的风险都会明显增加，70Hu的CT值可以用来作为预测OVCFs及AVF发生风险的临界值。通过PKP后与PKP前各项数据的对比发现，PKP可在较大程度上降低手术椎体的骨折风险，只在很小程度上的增加邻椎骨折的风险，并且对椎体力学的分布情况几乎没有影响。本研究认为PKP术后邻椎骨折的原因为骨质疏松的自然进展和PKP综合作用的结果，其中骨质疏松的自然进展起主要作用。因此，在临床上对于满足手术条件的OVCFs患者应当建议其行PKP治疗；对于PKP术后的病人要进行规范的抗骨质疏松治疗，以此来更好地预防AVF的发生。