收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

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

赵迪  
【摘要】: 本研究应用计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)软件,建立了基于志愿者个体化CT图像的成人退变性脊柱侧凸三维有限元模型,并对模型进行了有效性验证和材料参数的优化;在此基础上,仿真模拟成人退变性脊柱侧凸后路三维矫形手术,探讨目前临床上争论比较多的退变性脊柱侧凸近端融合椎以及远端融合椎如何选择的问题。 目的应用CAE软件,建立基于志愿者个体化CT图像的成人退变性脊柱侧凸三维有限元模型。 方法选择1例61岁女性成人退变性脊柱侧凸志愿者作为研究对象。取仰卧位,应用螺旋CT从T1上缘至尾骨以1mm间距进行连续扫描,获得Dicom格式CT图像522张。导入逆向工程软件Mimics10.01,建立包括胸-腰-骶尾椎和胸廓等结构的完整脊柱侧凸三维几何模型。对模型进行几何清理,然后导入有限元前处理软件HyperMesh 8.0划分有限元实体网格,并参照文献添加椎间盘及韧带结构单元,生成完整的成人退变性脊柱侧凸三维有限元模型。 结果建立了完整的成人退变性脊柱侧凸三维有限元模型,包括胸-腰-骶尾椎、椎间盘、胸廓及脊柱所有韧带、关节结构。模型共采用4种单元类型,14种材料性质;划分节点136398个,四面体单元509819个,壳单元95835个,线缆单元680个和杆单元132个。 结论成功构建了基于志愿者个体化CT图像的成人退变性脊柱侧凸三维有限元模型,模型完整、逼真地还原了被模拟对象的脊柱特点。 目的通过与X线片以及以往体外(尸体)实验对比,验证所建立的成人退变性脊柱侧凸三维有限元模型的有效性。 方法(1)有限元模型与研究对象的几何相似性验证:将建立的模型与仰卧位X线片对比,了解模型与实际相符合的程度。(2)分段加载实验验证:在建立的模型中分别提取T1-T4、T5-T8、T9-T12以及T1-L1节段,参照同类体外(尸体)实验对有限元节段模型进行约束加载,并将加载结果与各自参照的体外实验结果进行比较,验证模型的有效性。 结果(1)各椎体中心位置,以及矢状面、冠状面上各弯的角度,有限元模型与仰卧位X线片之间均有很好的一致性;(2)T1-T4、T5-T8、T9-T12以及T1-L1各段有限元模型加载结果与各自参照的历史体外(尸体)实验结果基本吻合。 结论从几何外形以及分段加载实验,验证了所建立的成人退变性脊柱侧凸模型的可靠性和有效性,为下一步生物力学模拟研究奠定了基础。 目的通过参数优化,让有限元模型的形态和材料属性均实现个体化,使之具有个体特异的生物力学属性。 方法(1)模拟仰卧位左右侧屈试验:通过约束和加载力量,将有限元模型中的上下端椎位置与临床侧屈试验所得位置相吻合,然后再对模型中椎体序列形成的Cobb角弧度进行评判,并将计算的结果与临床试验对照;(2)按照正交试验设计进行三因素三水平分析,对不同节段的椎间盘材料属性进行参数优化;(3)利用优化后模型模拟左右侧屈和站立试验,将计算结果和临床实验进行对照。 结果对于该脊柱侧凸患者而言,腰段椎间盘的材料属性对于脊柱柔韧性的影响最大;当胸弯、腰弯和下腰弯的椎间盘材料属性的系数分别为8、0.2和1时,计算机模拟的结果与真实情况最为接近。材料参数优化后的模型,其生物力学行为和实际临床结果有更好的一致性。 结论通过参数优化,明显改善了模型的仿真特性,提高了对脊柱侧凸手术治疗效果的预测率。为进一步对脊柱侧凸的手术策略研究提供理论支持。 目的利用已建立并优化的成人退变性脊柱侧凸有限元模型,模拟后路三维矫形手术,并比较不同置钉方案的矫形效果。探讨退变性脊柱侧凸近端融合椎以及远端融合椎该如何选择。 方法分别建立螺钉及矫形棒等椎弓根螺钉固定系统的三维有限元模型,然后用有限元的方式实现去旋转矫形过程,着重分析手术矫形过程中螺钉应力值变化情况以及各椎体位移改变情况,以获得成人退变性腰椎侧凸从凸侧进行三维矫形的生物力学变化规律。根据临床报道的退变性脊柱侧凸近端融合椎和远端融合椎的选择策略,分别设置不同的置钉方案,在生物力学属性完全吻合的有限元模型上对比不同矫形操作中椎体成角及位移,螺钉应力变化及分散程度,比较术后冠状面,矢状面及横截面的矫形效果,综合考虑不同矫形策略的手术效果,提出优化手术的治疗方案。 结果(1)探索出一套成人退变性腰椎侧凸从凸侧矫形的有限元仿真建模方法,实现了后凸型侧凸患者,90°去旋转操作的模拟;(2)四种矫形方案的冠状面Cobb角以及矢状面腰椎前凸角无明显差别。上端融合至T10的矫形方案与融合至L1的矫形方案相比,融合节段与非融合节段之间有更好的过渡,顶椎区去旋转作用以及向中线纠正的能力更强。下端融合至S1的矫形方案与融合至L5的矫形方案相比,下端椎螺钉应力较高,而L5/S1椎间盘的应力则较低。 结论(1)在成人退变性脊柱侧凸有限元模型上,进行了去旋转矫形手术的模拟。搭建了一个新的具有个体化生物力学特性的脊柱侧凸有限元分析平台。(2)对于Cobb角较小、脊柱平衡性以及柔韧性相对较好的成人退变性脊柱侧凸患者,短节段融合也能取得满意的效果。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 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
2 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 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
10 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
11 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
12 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
13 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
14 ;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
15 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
16 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
17 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
18 王孟滨,宋建新,曲敬;俄式内固定器械矫治脊柱侧凸的手术方法[J];中华小儿外科杂志;1996年02期
19 张光铂;;脊柱侧凸普查测量与治疗[J];医学研究杂志;1997年10期
20 刘尚礼,黄东生,马若凡,李春海,沈慧勇;Cotrel-Dubousset器械治疗脊柱侧凸的并发症分析[J];中华骨科杂志;1998年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 张传毅;洪正华;陈海啸;王章富;林列;;脊柱侧凸合并Chiari畸形的外科治疗体会[A];2007年浙江省医学会骨科学学术会议暨浙江省抗癌协会骨软肿瘤学术会议论文汇编[C];2007年
10 解京明;王迎松;张颖;赵智;杨振东;刘路平;;青少年非特发性脊柱侧凸的治疗[A];第六届西部骨科论坛暨贵州省骨科年会论文汇编[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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];中国人民解放军医学院;2011年
4 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
5 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
6 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
7 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
8 李劲松;有限元法模拟特发性脊柱侧凸后路矫形及内固定应力分析研究[D];中南大学;2013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 倪春鸿;脊柱侧凸矫形脊髓损伤机理及其诱发电位监测研究[D];第二军医大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪小冬;便携式脊柱侧凸多点牵引器具的研制及临床应用研究[D];第二军医大学;2011年
2 郝冉;脊柱侧凸患者的肺功能[D];北京协和医学院;2011年
3 吴宏擘;针刀疗法对于缓解脊柱侧凸术后疼痛的临床观察[D];黑龙江中医药大学;2011年
4 刘洲;经后路全脊椎切除术对脊柱侧凸伴脊髓空洞患者脑脊液动力学影响的研究[D];昆明医科大学;2013年
5 唐翔宇;脊柱侧凸患者肩部外观的系列研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2013年
6 苏李威;非交通性颈脊髓空洞伴脊柱侧凸发生机制的实验研究[D];昆明医科大学;2012年
7 连纪文;脊柱平衡参数与成人脊柱侧凸患者临床症状及生存质量的相关性研究[D];福建医科大学;2013年
8 苗二春;新型双足鼠脊柱侧凸模型的建立及椎间盘细胞凋亡的表达[D];中国医科大学;2010年
9 王肖虎;“支具治疗指导表”指导治疗青少年特发性脊柱侧凸的临床疗效观察[D];郑州大学;2011年
10 于威;16排螺旋CT多平面重组研究特发性脊柱侧凸患者胸椎椎弓根形态学[D];吉林大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
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 黄余红;别忽视孩子的“高低肩”[N];人民日报;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