青少年特發性脊柱側凸腰主彎患者腰椎-骨盆的生物力學分析
摘要：背景:青少年特發性脊柱側凸導致脊柱結構和應力發生改變,腰椎在脊柱中承受的載荷最大,骨盆也起著傳導重力的作用,故青少年特發性脊柱側凸腰主彎患者腰椎骨盆的生物力學分析尤為重要。目的:建立青少年特發性脊柱側凸腰主彎腰椎-骨盆三維數字化模型并進行有限元分析。方法:根據1例13歲女性特發性脊柱側凸腰主彎患者的腰椎-骨盆CT薄層數據,應用Mimics 15.0軟件重建三維數字化模型,以Pro/E 5.0軟件建立初步幾何模型并導入Hypermesh 13.0進行網格劃分,最終通過Abaqus 6.14軟件對該模型進行有限元分析。分析有限元模型在6種載荷條件下的位移、應力變化及該模型各椎體及椎間盤的應力變化。患者家屬對試驗方案知情同意,且得到醫院倫理委員會批準。結果與結論:①建立了青少年特發性脊柱側凸腰主彎患者的腰椎-骨盆的三維有限元模型;②模型在6種載荷條件下,L 1椎體上部在左、右側屈時位移變化最大,骶骨下端在前屈時位移最大;③椎間盤右緣在右側屈運動條件下所受應力最大;前屈位時,腰椎間盤所受應力為前緣最大,左緣所受應力最小;后伸位時后緣所受應力最大,而右緣所受應力最小;側屈位及旋轉位時,右緣所受應力最大,前緣所受應力最小;④L 5在6種運動中應力均最大,其中應力集中于上下關節突及椎弓根,尤其以右側最為集中;⑤提示青少年特發性脊柱側凸不同載荷會引起椎體或椎間盤不同位置受力及位移有相應變化,研究結果對脊柱側凸的治療和預防具有重要意義。
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