背景:青少年特发性脊柱侧凸导致脊柱结构发生改变,侧凸脊柱的应力也会发生相应变化,胸、腰椎在整个脊柱中承担了大部分的应力负荷,所以此次研究模拟分析侧凸脊柱胸-腰椎不同工况下的生物力学特点,对该疾病的病因研究非常有意义。目的:构建青少年特发性脊柱侧凸Lenke 3型三维数字化模型,模拟分析侧弯脊柱在6种工况条件下应力及位移变化特征。方法:选择特发性脊柱侧凸双主弯畸形青少年患者1例进行脊柱CT扫描,将扫描后CT数据以Dicom格式导入Mimics软件,根据CT灰度区分相应组织并导出为stl或者cloud点云格式,再进行去噪、铺面、平滑等处理,然后将处理好的图像传入Hypermesh软件中进行网格划分,对椎体及周围组织赋予特定的材料属性,建立青少年特发性脊柱侧凸的三维有限元模型,并模拟脊柱韧带的作用。用Abaqus&Ansys软件进行力学分析。结果与结论:(1)在做屈伸、侧屈和旋转运动时,脊椎侧弯明显处(即T6、T12椎体处)、胸-腰弯交界段、腰椎段椎体应力较大,且小关节及椎弓根部位的应力相对于其他部位较大;胸弯顶椎到端椎应力逐渐减小;(2)在侧屈和旋转运动时,脊柱凹处部位(T6-7处于左缘、T10-11、L3-4处于右缘)的应力较大;(3)成功建立了Lenke 3型特发性脊柱侧凸患者的胸-腰椎三维有限元模型,模拟结果表明在不同工况条件下,特发性脊柱侧凸椎体及椎间盘的不同位置受力及位移有相应变化,研究结果可为脊柱侧凸三维矫形提供全域性和区域性的量化指标,为临床器械矫形及支具治疗提供数字化模型。

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