有限元模型建立青少年骶椎腰化的验证分析

摘要

背景:腰椎骶化会使椎体节段发生变化,从而导致在运动中引起腰痛。流行病学研究显示,青少年腰椎骶化的发病率逐年升高。目的:建立青少年骶椎腰化患者的三维有限元模型,分析骶椎腰化患者在模拟正常运动条件下腰椎力学特性及应力应变规律,为临床中骶椎腰化引起的腰痛治疗提供力学依据。方法:选择1例骶椎腰化16岁男性青少年患者的CT影像,利用mimics 16.0初步建立腰椎数据的三维模型、导入Geomagic studio和ANASYS WorkBench软件采用三维数字医学建模方法,建立包括椎间盘的下腰段和骶段有限元模型。通过施加2 N·mm的力矩模拟加载正常人体载荷后前屈、后伸、左侧弯、右侧弯运动对模型进行生物力学测试,分析各工况条件下移位椎的力学变化特性。试验于2018-03-05经内蒙古医科大学伦理委员会批准,批准号YKD2018015。结果与结论:在伸屈活动时L_(5)及S_(1)椎弓根承受应力显著大于侧弯活动,移行的S_(1)椎弓根应力变化方向与正常成人L_(5)椎弓根峡部应力变化方向相同。青少年骶椎腰化患者,移行椎在腰椎活动中,S_(1)椎弓根峡部所承受的应力明显大于L_(5)椎弓根峡部,其小关节突及椎间盘承受应力更大。提示对于青少年骶椎腰化患者,在腰椎活动中随着移行椎的应力增大,更易造成疲劳骨折及峡部裂,而小关节突及椎间盘承受应力的增加,使其易出现退变。