PUMCⅡd1型青少年特发性脊柱侧凸后路三维矫形手术有限元研究

摘要

目的 建立PUMCⅡd1型青少年特发性脊柱侧凸(AIS)的三维有限元模型,模拟后路三维矫形手术操作并分析其生物力学特征.方法 采集1例14岁PUMCⅡd1型AIS女性志愿者T1至骶尾骨的CT影像图像,应用Mimics 16.0、Geomagic Studio 11.0、ANSYS14.0软件建立完整的AIS三维有限元模型,进一步构建椎弓根钉-棒系统内固定模型并模拟后路三维矫形手术操作,记录脊柱侧凸矫正的临床指标变化,采用Von Mises应力峰值分析椎弓根钉-棒系统应力分布.结果 成功建立了PUMCⅡd1型AIS三维有限元模型,模型包括523 617个单元,159 008个节点.模拟后路三维矫形手术后,AIS有限元模型的胸弯和腰弯矫形率分别达到55.7％和71.4％;顶椎区L1和L2椎体去旋转角度分别为22.77°和23.42°,其椎体质心偏移中线距离分别为6.72 mm和8.91 mm.L1椎体凸侧(左侧)螺钉应力峰值为257.82 MPa,远小于其屈服强度.顶椎区各椎体(T12～L3)凸侧螺钉应力大于凹侧,且应力集中于钉尾与钉身交界处以及钉尾与矫形棒联接处.结论 AIS有限元模型的建立及手术模拟能为AIS生物力学研究提供量化指标,并为PUMCⅡd1型AIS手术方案的制定以及治疗效果的预测提供一定的理论基础.