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不同截骨方式修复强直性脊柱炎后凸畸形的有限元分析
背景:强直性脊柱炎后凸是一类矢状面或者冠状面失衡的脊柱畸形,目前国内外缺乏对其矫形生物力学的研究,而生物力学对矫形后重建脊柱稳定性十分重要.目的:应用计算机建模软件建立强直性脊柱炎后凸截骨三维有限元模型,并分析其生物力学特性,为临床实践提供一定的理论依据.方法:基于CT数据建立强直性脊柱炎后凸畸形三维有限元模型,测量计算L3节段预截骨角度,模拟去松质骨截骨术和全脊椎截骨术进行截骨,并分析矫形后的生物力学指标变化.结果与结论:①建立了完整强直性脊柱炎后凸截骨矫形三维有限元模型,并且模拟手术操作建立L3去松质骨截骨术和全脊椎截骨术2种不同术式截骨模型;②除S1节段外,L3去松质骨截骨术的各节段钉棒应力及截骨接触面应力均高于L3全脊椎切除术,两者差距明显;③综上,2种不同截骨手术方式均能重建矢状面平衡,但去松质骨截骨术的钉棒应力高于全脊椎截骨术,且差距较为明显;在相同节段,相同角度下去松质骨截骨术发生内固定失败并发症的风险高于全脊椎截骨术.
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去松质骨截骨治疗强直性脊柱炎后凸畸形的有限元分析
背景:强直性脊柱炎后凸畸形是一类脊柱矢状面失平衡的脊柱畸形,由于重心移位,脊柱的生物力学也较复杂,目前对其后凸畸形矫形后的生物力学研究鲜有报道.目的:应用计算机辅助软件建立强直性脊柱炎后凸截骨三维有限元模型,并分析其生物力学特性.方法:建立强直性脊柱炎后凸畸形三维有限元模型,根据20°,30°,40°截骨角度模拟去松质骨截骨矫形手术方案,并分析其矫形效果及生物力学.结果与结论:①成功建立了完整强直性脊柱炎后凸截骨矫形三维有限元模型,并且模拟手术操作建立了截骨角度分别为20°,30°,40°的去松质骨截骨模型;②3组不同截骨矫形方案中,去松质骨截骨30°矫形程度佳,并且应力分布较小,其T12、L1、L2、L4、L5、S1、钉棒应力分别为7.3461,11.952,72.783,81.368, 28.144,41.114,109.69 MPa;③在去松质骨截骨术30°截骨方式下,术后矫正Cobb角为1.4°,既可获得较佳的矫形程度,同时也能降低由于内固定应力分布集中导致并发症的发生率.
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经椎弓截骨矫正强直性脊柱炎后凸畸形的三维有限元分析
背景:经椎弓根椎体截骨术式矫正效果明显,且矫正度数丢失的发生率较低,一直以来都是强直性脊柱炎后凸矫正首选手术方式.目的:应用计算机辅助软件建立强直性脊柱炎后凸截骨三维有限元模型,并分析生物力学特性.方法:选取1例强直性脊柱炎后凸志愿者,拍摄脊柱全长正侧位片和磁共振扫描.建立强直性脊柱炎后凸三维模型,再生成完整的强直性脊柱炎后凸三维有限元模型.建立3种模型分别模拟3种不同截骨矫形手术方案,截骨角度分别为20°,30°,40°,并分析矫形效果及生物力学分析.结果与结论:①成功建立了完整强直性脊柱炎后凸截骨矫形三维有限元模型,截骨角度分别为20°,30°, 40°的3种不同螺钉钛棒大主应力分别为54.632,194.230,394.860 MPa;②成功模拟3种不同截骨矫形方案,模型3矫形程度佳,但应力分布较大,位移明显,内固定后稳定性及内固定失败并发症增加,模型2在矫形程度以及应力分布适中,既获得较佳的矫形程度,同时也降低内固定失败并发症的发生.
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去松质骨截骨与全脊柱截骨治疗强直性脊柱炎后凸畸形的有限元分析
背景:脊柱矢状面失衡对其生物力学有很大的影响,其复杂的生物力学特性对脊柱后凸截骨方案的设计影响很大.目的:应用计算机建模软件建立强直性脊柱炎后凸截骨三维有限元模型,并分析生物力学特性,为临床实践提供一定的理论依据.方法:基于CT数据建立强直性脊柱炎后凸畸形三维有限元模型,测量计算L2节段预截骨角度,模拟去松质骨截骨术和全脊柱截骨术进行截骨,并分析矫形后生物力学.结果与结论:①建立了完整强直性脊柱炎后凸截骨矫形三维有限元模型,并且模拟手术操作建立L2去松质骨截骨术式和全脊柱截骨术式两种不同术式截骨模型;②导入有限元分析软件Ansys workbench 15.0,脊柱去松质骨截骨模型共划分十节点四面体单元948874,1564477个节点,全脊柱切除截骨模型共划分十节点四面体单元931969,1548812个节点;③加载载荷计算得出:去松质骨截骨术式内固定和截骨面应力高于全脊柱截骨术式,其螺钉等效应力分别为40.946,67.26,493.64,304.05,75.359,146.31 MPa,钛棒等效应力为391.01 MPa;④结果表明,2种不同截骨手术方式均能重建矢状面平衡,但去松质骨截骨应力高于全脊柱截骨,且差距较为明显,在相同节段、相同角度下去松质骨截骨术发生内固定失败并发症的风险高于全脊柱截骨术.
