特发性脊柱侧凸椎体楔形变有限元模型分析

特发性脊柱侧凸椎体楔形变有限元模型分析 word格式论文 特发性脊柱侧凸椎体楔形变有限元模型 分析 论文联盟www.LWLM.com编辑。 Hueter-Volkmann原理,7,认为侧凸两侧应力不对称是引起椎体楔形改变,并持续加重的根本原因,从而导致脊柱侧凸的不断进展,即生长板压力增加抑制椎体生长发育,Hueter,,而压力减小则促进其生长,Volkmann,。对于侧凸进展的病理机制,学者们围绕生物力学进行了大量的试验。Stokes等,1,在鼠尾椎体两侧分别给予撑开和加压,发现椎体生长的减慢或加速与应力大小呈线性关系,验证了Hueter-Volkmann原理。Peter等,2,在随后的试验中也有类似发现,同样利用小鼠模型,分别在尾端第8和第10椎体经皮穿钢针,应用弹簧和固定环给予不对称加压,观察期间第9椎体变化情况,也得到了类似的结果。二十多年前就有学者发现,侧凸患者两侧背部肌肉有不对称的肌电图表现,成为脊柱两侧承载力不对称的重要组分,结合Hueter-Volkmann原理,使已经存在的椎体楔变加重,两者相互影响形成侧凸加重的恶性循环,8,。种种迹象表明椎体的不对称发育可能为侧凸进展最直接的原因,但一直没有相关量化资料。对于青少年特发性脊柱侧凸患者,随着生长发育的进行,在不对称应力的作用影响下,势必出现原有椎体楔变的加剧。理论上,凹侧应力应该较凸侧要高,并且应力在 word格式论文 顶椎区域应较为集中,向两端呈现逐渐减小的趋势,椎体的楔变程度也应呈现相似改变。研究显示,在顶椎区域,T8、9,出现了明显的应力集中现象,无论在凸侧还是凹侧均呈现应力值向端椎逐渐减小的趋势。但在两侧端椎区域,椎体楔变程度并不相等,T6,8比T10,12变形程度要大,在应力测试中发现,上3个胸椎应力要高于下3个胸椎,推测应力的大小可能与椎体楔变程度成正相关。研究中考虑到下端椎固定后应力可能集中影响整体力学分析,所以将其舍弃未纳入分析,但还是发现,在研究的上下端椎,T6、T12,处应力较邻接节段高。作者认为,上下端椎为负载作用点,应力可能会产生集中,导致该处载荷增大。在结果中还发现,椎体B点的应力明显集中,作者考虑椎体形态不规则可能为主要原因。椎体在横断面上表现为周径向中心逐渐减小,呈上下缘向中心的凹面结构,从而导致上下缘应力向中心凹面集中,但其应力分布的总体趋势与其余两点相似。 本研究所用之有限元模型较以前模型有如下几方面的不同之处。在建模软件上,该脊柱侧凸实体模型的建立综合了Simpleware、Geomagic两大软件各自实体建模功能的优点,使模型更加精确。在有限元 网络 划分上,有限元模型中韧带和小关节囊用杆单元模拟,不仅最大程度上节约了 计算 资源,也避免了大量畸形结构的产生,使计算精度得以提高。在材料属性方面,未进行皮质骨和松质骨的区分,而把椎体当作一个整体赋予材料参数,避免了应力集中和应力遮挡,9,。整个模型单元,共划分了173 837个单元,274 704个节点,远远超过以前所建立的脊柱模型的单元和节点数。建成后的三维有限元模型较精确模拟了脊 word格式论文 柱侧凸的结构和材料特性,结构完整,单元划分精细,外观逼真,几何相似性好。 Hueter-Volkmann原理中有关脊柱侧凸椎体两侧应力不对称和楔形变形, 均在有限元模型得到了验证。三维有限元分析法为脊柱侧凸的相关生物力学研究 提供了相当的便利,不仅可以进行具体数值水平的研究,还可以对复杂情况进行 适当的简化模拟研究,相信对于今后侧凸本身、支具及内固定的应用等方面有限 元模型会发挥更重要的作用。 【 参考 文献 】 ,1, Stokes IAF, Spence H, Aronsson DD,et al. Mechanical modulation of vertebral body growth. Implications for scoliosis progression,J,. Spine, 1996,21:1162-1167. ,2, Peter LM, Lan AF, Stokes, et al. Progression of vertebral wedging in an asymmetrically loaded rat tail model,J,. Spine,1997,22:1292-1298. ,3, Xiong B, Sevastik JA, Hedlund, et al. Radiographic changes at the coronal plane in early scoliosis,J,. Spine,1994,19:159-164. ,4, Ronchetti PJ, Stokes IAF, Aronsson DD. Vertebral body and disc word格式论文 wedging in scoliosis,J,. Res Spinal Deform,1997,1:81-84. ,5, Wever DJ, Veldhuizen AG,KlEin JP, et al. A biomechanical analysis of the vertebral and rib deformities in structural scoliosis,J,. Eur Spine J, 1999,8:252-260. ,6, Stefan P, Hubert L, Wafa S,et al. Vertebral wedging characteristic changes in scoliotic spines,J,. Spine,2004,29:455-462. ,7, Frank P,Castro Jr. Adolescent idiopathic scoliosis, bracing, and the Hueter-Volkmann principle,J,.Spine J,2003:180-185. ,8, Stokes IA.Analysis of symmetry of vertebral body loading consequent to lateral spinal curvature,J,.Spine,1997,22:2495-2503. ,9, 程立明,等.胸腰段后凸畸形对相邻椎间盘力学影响的三维有限元分 析,J,. 中国 临床解剖学杂志,2003,21:273-276.