基于骨盆矢状位参数恢复强直性脊柱后凸矢状面平衡的生物力学分析

摘要

背景:强直性脊柱炎后凸主要表现为矢状位畸形,截骨角度是术前需要解决的关键问题之一,矫正角度不足以及矫正过度都可能造成脊柱矢状位的二次失衡.目的:应用计算机辅助软件建立强直性脊柱炎后凸三维有限元模型,基于骨盆矢状位参数设计个性化手术截骨方案恢复矢状面平衡,并分析其生物力学特性.方法:收集新疆医科大学第六附属医院1例强直性脊柱炎后凸住院患者C1至骶尾骨的CT数据,根据301分型确定后凸畸形为ⅢA型.将CT数据导入计算机建模软件中,建立强直性脊柱后凸畸形三维有限元模型,测量骨盆入射角、骨盆倾斜角数值,并通过骨盆入射角计算出理论骨盆倾斜角角度.设计两种不同截骨方案的模型,其中模型2使用肺门-髋轴测量方法(重建矢状面平衡)测量L3预截骨角度为32.2°,模型1则在未重建矢状面平衡下设置截骨角度为40°,在构建完成的两个模型上模拟去松质骨截骨术,并对截骨矫形后模型的钉棒系统、截骨面进行有限元计算.结果 与结论:①有限元分析结果显示,在脊柱前屈工况下,6个固定节段中除S1节段外,其他5个固定节段模型1的螺钉应力均要高于模型2,钛棒和接骨面应力亦是如此;②在脊柱后伸工况中,由于截骨角度过大导致患者重心后移,使两者应力差异更加明显,其中差距最大的为L4节段螺钉,模型1明显高于模型2,差异为149.69 MPa;③截骨面的应力图显示,应力主要集中于截骨面的后方,而前方的应力普遍在12 MPa以下;④提示基于骨盆矢状位参数设计个性化截骨方案恢复强直性脊柱后凸矢状面平衡是合理、科学的,可在保证矫形效果的同时降低应力分布.