青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸的生物力學(xué)研究.pdf

1、脊柱側(cè)凸是指脊柱的一個(gè)或數(shù)個(gè)節(jié)段側(cè)向彎曲伴有椎體旋轉(zhuǎn)的三維脊柱畸形。青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）在脊柱側(cè)凸發(fā)病中所占比例最高，嚴(yán)重危害青少年的身心健康。發(fā)病與矯形治療的生物力學(xué)機(jī)理及矯形治療方案一直以來(lái)為醫(yī)工界專家、學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。 本論文正是在這樣的前提下提出，課題結(jié)合國(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目“中國(guó)力學(xué)虛擬人”和上海市衛(wèi)生局科技發(fā)展基金資助項(xiàng)目“青少年特發(fā)性

2、脊柱側(cè)凸的生物力學(xué)研究”，通過(guò)建立側(cè)凸脊柱的幾何模型和有限元模型來(lái)分析研究青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸的生物力學(xué)特性，為脊柱側(cè)凸的力學(xué)矯正提供可靠的數(shù)值分析平臺(tái)，為矯形支具設(shè)計(jì)提供理論研究支撐，并為醫(yī)患交流提供數(shù)字窗口。 本研究擬通過(guò)CT掃描獲得Dicom格式的CT數(shù)據(jù)，基于CT數(shù)據(jù)獲得脊柱組織的輪廓曲線，利用CAD/CAE軟件進(jìn)行三維幾何建模，構(gòu)建AIS患者的胸椎T1－T12、腰椎L1－L5及骶骨的三維有限元模型，并利用本模型與參考文

3、獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，證明模型的有效性。本文的主要工作可以歸納為以下幾點(diǎn)： 1）對(duì)側(cè)凸脊柱進(jìn)行三維仿真，基于患者脊柱CT圖像，參照對(duì)應(yīng)冷凍切片圖像信息，采用醫(yī)學(xué)圖像處理手段，獲取其輪廓曲線，建立一個(gè)包括胸椎T1－T12、腰椎L1－L5及骶骨整體三維幾何模型，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。 2）建立側(cè)凸脊柱的三維有限元模型，參照相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)脊柱各個(gè)不同部位賦予不同材料參數(shù)屬性，并參考解剖學(xué)文獻(xiàn)，為脊柱添加韌帶、椎間盤等相關(guān)軟組織。

4、 3）參照相關(guān)文獻(xiàn)，利用文獻(xiàn)可獲得的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果和前人已經(jīng)建立的模型進(jìn)行對(duì)比，對(duì)模型進(jìn)行了有效性驗(yàn)證，證明本模型是有效可用的。 4）模擬實(shí)際臨床矯正的作用力的大小和方向，模擬計(jì)算脊柱在各種受力狀態(tài)下的應(yīng)力變化、位移以及椎體椎間盤的應(yīng)力分布情況。 本研究為胸腰段的三維有限元模型的建立提供了一種簡(jiǎn)便、精確的方法。與前人的研究相比,本研究的模型更接近實(shí)際,且模型的網(wǎng)格劃分更精細(xì),計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確;有限元分析模型能形象逼真地描繪