發(fā)布時(shí)間：2018-05-30 22:08

  本文選題：脊柱側(cè)凸 + 有限元　； 參考：《第二軍醫(yī)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：背景青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸是一種復(fù)雜的脊柱結(jié)構(gòu)的三維畸形,包括脊柱在冠狀面上的側(cè)凸、矢狀面的序列異常和軸狀面的旋轉(zhuǎn)。在以往的報(bào)道中對(duì)于脊柱畸形的矯正,研究的重點(diǎn)主要集中在對(duì)冠狀面畸形的矯正上,近年來的研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于矢狀面畸形的矯正有著重要的意義,對(duì)術(shù)后患者的矢狀面平衡的重建和患者的健康生活質(zhì)量關(guān)系更為密切,因此近年來對(duì)于脊柱矢狀面畸形的研究越來越多。人體矢狀面的平衡是總體的平衡,包括脊柱-骨盆平衡,當(dāng)有一部分平衡出現(xiàn)影響時(shí)需要其他的的部位進(jìn)行相應(yīng)的代償,機(jī)體的代償會(huì)增加人體的承受負(fù)荷,如果超出了人體的代償限度,出現(xiàn)失代償會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不利影響,包括疼痛、活動(dòng)受限、甚至是內(nèi)固定的斷裂等不良結(jié)果。因此對(duì)于脊柱側(cè)凸的手術(shù)矯形重建患者矢狀面的參數(shù),恢復(fù)術(shù)后正常的生理序列至關(guān)重要。對(duì)于脊柱矢狀面的參數(shù)研究目前主要集中在臨床病例的隨訪中,對(duì)于基礎(chǔ)的生物力學(xué)相關(guān)的研究,目前報(bào)道甚少。目的本研究通過建立三維有限元的方法,收集完整的CT掃描數(shù)據(jù),利用計(jì)算機(jī)軟件提取和處理,構(gòu)建模擬真實(shí)脊柱結(jié)構(gòu)的三維有限元模型并進(jìn)行驗(yàn)證。通過模擬進(jìn)行后路手術(shù),探索不同材料的矯形棒矢狀面效果,不同預(yù)彎弧度的參數(shù)設(shè)定對(duì)矢狀面矯形的變化。改變手術(shù)方式,進(jìn)行Ponte截骨松解后路脊柱結(jié)構(gòu)后,研究矢狀面參數(shù),以及進(jìn)行間隔置釘探索矢狀面的變化。方法1.脊柱側(cè)凸非線性三維有限元模型的建立收集一名14歲女性青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者,常規(guī)檢查排除其他疾病,對(duì)患者行CT薄層掃描,掃描范圍為T1至骶尾骨,層厚設(shè)定為0.8mm,將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到建模軟件Mimics中,通過不同閾值的設(shè)定,獲得提取的骨骼有限元模型圖,然后對(duì)模型進(jìn)行修飾,進(jìn)行幾何清理。并根據(jù)解剖和組織學(xué)參數(shù),設(shè)定相應(yīng)的屬性,模擬重建椎間盤、韌帶等組織結(jié)構(gòu),建立整體的脊柱結(jié)構(gòu)模型,并與患者的術(shù)前相關(guān)參數(shù)進(jìn)行比較,加載后與以往報(bào)道比較來驗(yàn)證有效性。2.模擬不同材料彈塑性棒和預(yù)彎弧度矯正脊柱側(cè)凸矢狀面序列的有限元研究在第一部分脊柱有限元模型建立的基礎(chǔ)上,進(jìn)行手術(shù)的模擬,并通過abaqus軟件進(jìn)行分析計(jì)算。分別設(shè)定不同的矯形棒參數(shù),模擬鈦合金棒和鈷鉻棒(cocr)在設(shè)定預(yù)彎28°的生理弧度時(shí),測(cè)量脊柱矢狀面參數(shù)變化及螺釘應(yīng)力。設(shè)定不同的鈦合金棒的預(yù)彎弧度,當(dāng)預(yù)彎弧度為40°時(shí)模擬脊柱矢狀面的參數(shù)變化及螺釘應(yīng)力變化。3.間隔置釘和ponte截骨矯正脊柱側(cè)凸矢狀面序列的有限元研究本組研究中同樣設(shè)定鈦合金棒的預(yù)彎弧度為28°,設(shè)定同樣的邊界條件,模擬脊柱的手術(shù)矯形效果,模擬臨床操作中對(duì)椎體兩側(cè)進(jìn)行間隔置釘,比較矢狀面參數(shù)的變化及螺釘應(yīng)力變化。對(duì)脊柱的頂椎區(qū)進(jìn)行ponte截骨,松解的骨性連接和臨近的韌帶結(jié)構(gòu),并進(jìn)行雙側(cè)全椎弓根螺釘置釘,進(jìn)行加載運(yùn)算與非截骨組進(jìn)行比較脊柱矢狀面的參數(shù)區(qū)別及螺釘應(yīng)力變化。結(jié)果1.完整的構(gòu)建了ais患者有限元模型,包括完整的胸腰椎椎體結(jié)構(gòu)、骶骨、尾骨、椎間盤及韌帶模型。其中韌帶模型包括棘上韌帶、棘間韌帶、黃韌帶、前縱韌帶、后縱韌帶及橫突間韌帶。實(shí)體單元模擬骨組織,終板建模使用殼單元。韌帶采用仿真實(shí)體韌帶進(jìn)行模擬。本模型共有3種單元類型,共計(jì)691271個(gè)單元,包括667459個(gè)實(shí)體單元,62838個(gè)殼單元,675個(gè)仿真實(shí)體單元。模型參數(shù)與患者x線進(jìn)行比較,兩者之間沒有差別。進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn),與報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似。2.本研究對(duì)鈷鉻棒和鈦合金棒兩種材料屬性進(jìn)行手術(shù)模擬比較,設(shè)定預(yù)彎弧度為28°,兩組手術(shù)模擬的邊界條件設(shè)定為相同,鈷鉻棒矢狀面胸椎后凸重建恢復(fù)到25°,鈦合金矯形棒組為12°,兩組之間椎體的矢狀面位移比較,p0.05,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,鈷鉻棒組應(yīng)力增加。第一組中進(jìn)行的預(yù)彎弧度為28°為對(duì)照組,設(shè)定的預(yù)彎弧度為40°,當(dāng)預(yù)彎弧度增加時(shí),可以獲得更好的矯形力,獲得更好的脊柱矢狀面畸形的重建,同時(shí)增大了矯形螺釘拔出力,矢狀面胸椎后凸角度恢復(fù)到27°,兩組之間的椎體矢狀面位移比較,p0.05,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。3.模擬間隔置釘治療脊柱側(cè)凸,脊柱側(cè)凸患者矢狀面矯形胸椎后凸弧度恢復(fù)到11°,增大了矯形螺釘拔出力,椎體矢狀面位移變化與對(duì)照組進(jìn)行比較,P0.05,沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。Ponte截骨治療組,患者胸椎后凸矯正為18°,螺釘拔出力降低,比較椎體矢狀面位移變化,P0.05,兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論1.本研究依據(jù)收集的CT數(shù)據(jù),導(dǎo)入到軟件后,利用Mimics軟件提取相關(guān)數(shù)據(jù),包括完整脊柱側(cè)凸模型,模擬了了患者的椎間盤,并進(jìn)行了仿真實(shí)體韌帶模型的模擬。建立了具有完整的結(jié)構(gòu),幾何參數(shù)相一致,單元網(wǎng)格劃分詳細(xì)精密,并選取了脊柱的部分節(jié)段進(jìn)行了加載驗(yàn)證,與報(bào)道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果近似,說明所建立的模型是有效的。2.設(shè)定鈷鉻棒與鈦合金棒的參數(shù)進(jìn)行手術(shù)矯形模擬,發(fā)現(xiàn)鈷鉻棒具有更好的矢狀面矯形效果,同時(shí)增大了矯形螺釘拔出力。當(dāng)鈦合金矯形棒的預(yù)彎弧度增大時(shí),可以獲得更佳的矢狀面曲度的恢復(fù),矯形螺釘拔出力增大。3.使用鈦合金棒間隔置釘治療脊柱側(cè)凸,發(fā)現(xiàn)間隔組和全釘組矢狀面的效果無明顯差異,矯形螺釘拔出力增大。模擬Ponte截骨聯(lián)合全釘和鈦合金棒治療脊柱側(cè)凸,與對(duì)照組比較脊柱矢狀面參數(shù)變化,增大了胸椎后凸的恢復(fù),同時(shí)降低螺釘拔出力。
[Abstract]:This study has focused on the correction of sagittal plane deformity by establishing 3D finite element method . In this study , the parameters of sagittal plane and the changes of screw stress were compared between the two groups . In the Ponte osteotomy treatment group , the posterior convex correction of the thoracic vertebra of the patient was 18 擄 , the pullout force of the screw decreased , compared with the sagittal plane displacement of the vertebral body .
【學(xué)位授予單位】：第二軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：R726.8

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9 袁U，

本文編號(hào)：1957010