收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Lenke5型青少年特发性脊柱侧凸有限元模型的建立及手术矫形的生物力学研究

王永福  
【摘要】: 背景 特发性脊柱侧凸的前路手术因矫形力直接作用于椎体、能提供强大的去旋转力,且融合节段少,有利于保留运动节段,适用于胸腰段或腰段脊柱侧凸,但存在假关节形成和内固定失败等并发症发生率较高的问题。随着内固定器械的革新及三维矫形理论的发展,椎弓根钉技术被广泛运用于侧凸矫形。相对于椎板钩及椎弓根钩,椎弓根螺钉通过前、中、后三柱,能提供更佳矫形力和显著的远端向中线矫正能力,节省融合节段。近年来全节段椎弓根螺钉矫形术被广泛用于胸腰段和腰段脊柱侧凸,取得了很好的疗效。因此目前胸腰段或腰段特发性脊柱侧凸在手术入路、融合节段的选择等问题上仍存在争议。 有限元法作为一种数字模拟技术,已成为脊柱侧凸生物力学研究的热点。目前侧凸矫形的有限元模拟多集中在后路CD手术,前路手术或前后路手术对比的有限元模拟报道甚少。 目的 利用相关的CAE软件(Mimics和HyperMesh)建立基于CT图像的Lenke5型青少年特发性脊柱侧凸(AIS)的三维有限元模型。对模型的材料性质和皮质骨厚度的参数进行优化和模型的有效性进行验证后,再分别模拟Lenke5型AIS的前、后路手术矫形操作,比较不同手术入路的各种不同矫形方案的矫形效果,以及脊椎的应力、应变水平。 方法 1三维有限元模型的建立 对1例女性Lenke5型青少年特发性脊柱侧弯患者,行仰卧位胸1至尾骨的CT扫描,将获得的CT图像导入医学建模软件Mimics10.0,通过一系列模块的处理后获得医学三维仿真模型,对模型进行几何清理。再将清理后的医学仿真模型导入有限元分析软件HyperMesh 8.0,利用软件的前处理工具进行网格划分,定义接触与连接,参照文献定义材质属性,添加椎间盘、各种韧带等,建立Lenke5型AIS患者的三维非线性有限元模型。 2模型的参数优化和有效性验证 对建立的有限元模型赋予不同材料属性和皮质骨厚度,模拟左、右侧屈试验,并与临床试验对照,应用SPSS软件按照正交实验设计进行四因素三水平分析,再用直观分析法对正交实验结果进行分析,实现模型材料性质和皮质骨厚度的参数优化。将所建立的有限元模型与原始卧位X线片比较,验证模型的几何外形。通过模拟临床卧位侧屈实验,参照文献在各脊椎节段施加载荷模拟站立,然后提取脊柱的不同节段,将约束加载得到的结果与各自参照的体外实验结果进行比较等,验证模型的有效性。 3不同矫形方案的手术操作模拟 在建立的脊柱侧凸有限元模型上构建前、后路手术的钉棒系统有限元模型,根据临床前、后路手术融合节段的不同,设置前路短节段融合、端-端融合和后路下固定椎为下端椎或稳定椎的四种不同矫形方案,模拟各种方案90°去旋转和压缩序贯矫形操作,比较不同方案的位移、冠状面及矢状面成角变化、旋转度变化,手术矫形后脊椎的应力水平。 结果 1成功建立了包括全部胸腰椎(T1~L5)、骶尾骨、完整胸廓、椎间盘、脊柱所有韧带及关节的特发性脊柱侧弯有限元模型,采用4种单元类型,14种材料性质;共包含节点数170784,四面体单元633668个,壳单元126636个,线缆单元680个和杆单元132个,建立的模型与该患者的X线的脊柱几何形态相似性非常好。 2利用材料参数和皮质骨厚度优化后的模型模拟临床侧屈实验、站立实验,其生物力学行为和临床基本符合。分段加载实验验证的结果和与各自参照的体外生物力学实验结果基本吻合。 3四种不同方案有限元模拟矫形最终的腰椎侧凸Cobb角分别为:22°、23°、26°、26°,胸腰段和腰椎矢状面生理曲度得到维持。前路短节段融合的脊椎应力水平明显较高。而在下端固定椎止于下端椎时,前路单棒固定与后路全节段椎弓根钉固定获得的顶椎旋转的矫正度分别为41.68°和37.79°。 结论 1基于个体化的CT图像,利用相关计算机软件建立的Lenke5型AIS的三维有限元模型形态逼真,真实反映了脊柱的形态学特征。 2进行参数优化的有限元模型顺利通过有效性验证,真实反映了实际个体脊柱的生物力学特性。 3首次成功实现了前、后路手术的90°去旋转和压缩矫形的序贯有限元模拟。有限元模拟为Lenke5型AIS矫形手术方案的优化和治疗效果的评价提供了理论依据。 4对柔韧性较差的Lenke5型AIS,前后路手术均可获得满意的矫形效果,但前路短节段融合脊椎应力水平明显较高。在远端融合止于下端椎时,后路全椎弓根螺钉固定可取得与前路单棒固定相同的矫正效果。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 汪正宇;刘祖德;王成焘;;有限元方法在脊柱侧凸生物力学领域的应用[J];脊柱外科杂志;2007年01期
2 刘洋,李明;支具治疗特发性脊柱侧凸:生物力学的实践与论证[J];中国临床康复;2004年32期
3 徐荣范;徐嘉漠;李景翔;肖乃方;;4677名儿童脊柱侧凸云纹照相法普查报告[J];中国校医;1987年03期
4 毛永忠;;一个罕见原发性脊柱侧凸畸形高发家系[J];中华医学遗传学杂志;1989年03期
5 赵学军,赖敏贞;脊柱侧凸矫正术的护理[J];中国临床康复;1999年08期
6 于振山,梁栋,张亚奎,张星火;脊柱侧凸松解术的疗效观察[J];中国脊柱脊髓杂志;1999年04期
7 邱勇!210008,朱丽华!210008,吕锦瑜!210008,朱泽章!210008,宋知非!210008,骆东山!210008;90°以上脊柱侧凸的手术策略及方法[J];中华外科杂志;2001年02期
8 李卫平!510120,刘尚礼!510120,陈兆荣,张光铂,丁悦!510120,何杰民!510120;广州市学生脊柱侧凸患病率调查报告[J];中华小儿外科杂志;2001年02期
9 唐盛平,林子平,吴建华,郑振耀;ISOLA器械治疗小儿脊柱侧凸[J];中华小儿外科杂志;2001年04期
10 海涌;有关特发性脊柱侧凸的外科动态[J];中国脊柱脊髓杂志;2003年05期
11 邵水霖,海涌,邹德威,马华松,周雪峰,高音;脊柱侧凸三维矫形术的早期并发症及其预防[J];中国脊柱脊髓杂志;2003年08期
12 朱锋,邱勇;生长发育异常和青少年特发性脊柱侧凸[J];脊柱外科杂志;2003年04期
13 邱贵兴;遵循严谨求实的科学精神开展胸腔镜下脊柱侧凸矫形[J];中华骨科杂志;2004年02期
14 陈建文,王义生,秦泗;神经肌肉型脊柱侧凸外科治疗进展[J];中国矫形外科杂志;2004年Z4期
15 李明,刘洋,倪春鸿,朱晓东,白玉树,赵新刚,侯铁胜;第三代脊柱内固定系统在成人脊柱侧凸中应用的疗效评价(英文)[J];第二军医大学学报;2005年06期
16 范纯泉;;临时内部牵引治疗严重脊柱侧凸[J];脊柱外科杂志;2006年05期
17 ;2008年首届中国脊柱侧凸年会暨西安脊柱侧凸学习班论文征稿通知[J];中国骨伤;2008年02期
18 宋福麟;;矫正重症脊柱侧凸16例报告[J];宁夏医学杂志;1988年06期
19 王东华,周江南,廖前德,李海平,邓展生,瞿素洁;脊柱侧凸患者的肺功能评价[J];湖南医科大学学报;1995年05期
20 刘尚礼,黄东生,林道贤,马若凡;应用C-D器械治疗34例脊柱侧凸初步报告[J];中华小儿外科杂志;1996年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 顾苏熙;杨晓明;方秀统;李明;;有限元法在脊柱侧凸生物力学研究中的应用进展[A];第二届泛长江流域骨科新进展研讨会暨上颈椎伤病新理论新技术学习班论文汇编[C];2008年
2 唐占英;钱雪华;吴弢;毕联阳;叶秀兰;施杞;;上海市部分在校小学生脊柱侧凸现状调查分析研究[A];中国康复医学会第五次全国老年康复学术大会上海市康复医学会成立20周年暨老年康复诊疗提高班论文汇编[C];2008年
3 张磊;刘祖德;;支具在特发性脊柱侧凸治疗中的价值[A];全国骨科临床研究新进展研讨会暨学习班论文集[C];2006年
4 侯一翎;;青少年脊柱侧凸的围手术期护理[A];中华护理学会2009全国外科护理学术交流暨专题讲座会议论文汇编[C];2009年
5 高音;朱建英;叶文琴;高德华;;滑动式脊柱侧凸牵引床的设计与研制[A];泛长江流域骨科新进展暨第九届全国骨科护理研讨会论文汇编[C];2007年
6 李明;顾苏熙;;早发性脊柱侧凸的治疗新技术[A];第二届泛长江流域骨科新进展研讨会暨上颈椎伤病新理论新技术学习班论文汇编[C];2008年
7 黄鹤;;脊柱侧凸患者右心功能的初步研究[A];中华医学会第十次全国超声医学学术会议论文汇编[C];2009年
8 周璇;杜青;赵黎;杨军林;陈秋;李海;沈品泉;陶泉;;中文版SRS-22问卷评估青少年特发性脊柱侧凸患者生活质量[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年
9 洪正华;陈海啸;王章富;张传毅;林列;洪盾;;脊柱侧凸合并Chiari畸形的外科治疗(附10例报告)[A];2009年浙江省骨科学学术年会论文汇编[C];2009年
10 吴海昊;范顺武;;特发性脊柱侧凸发病机制的生物力学研究进展[A];2009年浙江省骨科学学术年会论文汇编[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵迪;成人退变性脊柱侧凸有限元模型的建立及后路三维矫形生物力学研究[D];中南大学;2010年
2 王永福;Lenke5型青少年特发性脊柱侧凸有限元模型的建立及手术矫形的生物力学研究[D];中南大学;2010年
3 张之栋;通络舒筋饮治疗脊柱侧凸术后早期的腰背疼痛及术后功能恢复的临床研究[D];南京中医药大学;2010年
4 韦兴;胸椎椎弓根—肋骨复合体的解剖学、生物力学研究及脊柱侧凸矫形策略的有限元分析[D];中国人民解放军军医进修学院;2009年
5 谭荣;后路小切口微创分期技术在脊柱侧凸矫形中的临床应用研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2012年
6 郑国权;基于形状记忆合金棒的脊柱侧凸矫形系列研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2010年
7 郑欣;幼猪早发性脊柱侧凸模型的建立及其相关影像学研究[D];南京大学;2012年
8 韩世杰;退行性脊柱侧凸间充质干细胞比较蛋白质组学研究[D];北京协和医学院;2011年
9 吴涛;高中枢瘦素水平对脊柱侧凸影响的动物模型研究及Chiari畸形伴脊柱侧凸患者颈枕部影像学和临床治疗研究[D];南京大学;2012年
10 王杭;颌骨骨折坚强内固定的生物力学研究[D];四川大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张立兴;组合式外固定架治疗胫骨平台骨折的生物力学研究[D];河北医科大学;2004年
2 王伟;重建颈后方韧带复合体单开门颈椎板成形术的生物力学研究[D];河北医科大学;2006年
3 刘亚云;五角网缝合术治疗髌骨骨折的生物力学研究及其临床应用[D];南昌大学;2008年
4 鲍朝辉;膨胀式椎弓根螺钉和聚甲基丙烯酸甲酯翻修作用的生物力学研究[D];郑州大学;2005年
5 王志荣;新型可灌注骨水泥椎弓根螺钉的研制和生物力学研究[D];苏州大学;2008年
6 李楠;双锁加压髓内钉的研制和生物力学分析[D];天津医科大学;2009年
7 李明;对脚背风侧踢定位球技术的生物力学研究——踢球腿主要关节运动速度的研究[D];苏州大学;2004年
8 司卫兵;骨盆骨折π棒双重固定效应的生物力学研究[D];南京医科大学;2005年
9 康振中;末端后倾弯弓丝和多用唇弓打开咬合的生物力学研究[D];吉林大学;2005年
10 余伦红;寰枢椎后路经关节螺钉固定术相关的解剖学及生物力学研究[D];第一军医大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 健康时报实习记者 侯洁;脊柱侧凸手术越早越好[N];健康时报;2005年
2 余可谊;脊柱侧凸的“协和分型”得到国际认可[N];中国医药报;2009年
3 本报记者 白秩南;脊柱侧凸可取性命手术矫治纠正扭曲[N];保健时报;2005年
4 高国起;山东省立医院 采用新技术治愈低龄儿严重脊柱侧凸[N];中国医药报;2009年
5 高国起;治儿童严重脊柱侧凸有新法[N];健康报;2007年
6 李其一;我国的脊柱侧凸分型系统优势明显[N];中国医药报;2009年
7 王继荣;看看孩子的背直不直[N];中国妇女报;2006年
8 谢明霞;如何早期识别脊柱侧凸[N];大众卫生报;2006年
9 高国起;分期后路术治疗严重脊柱侧凸获成功[N];中国医药报;2007年
10 罗刚 王继荣 黄余红;治脊柱侧凸无需半年“挨一刀”[N];健康报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978