脊柱侧凸腰骶椎结构的有限元分析及其变形趋势

发布时间：2019-04-23 07:20

【摘要】：目的研究两种典型侧凸脊柱的腰骶椎(L1~S1)结构在垂直向下载荷作用下形变大小和位移趋势的相关性,为临床治疗与预防脊柱侧凸提供力学依据。方法以典型性Lenke-4AN型和Lenke-5CN型侧凸脊柱为研究对象,将其X线计算机断层成像的腰骶椎图像转换成三维模型,进而建立并验证其有限元模型,通过有限元工具计算各模型的内部应力分布和位移变化;分析侧凸脊柱的腰骶椎结构与变形位移之间的相关性。结果两种腰骶椎模型在相同边界条件和载荷情况下,应力和位移的大小和变化趋势各异。Lenke-4AN型侧凸脊柱的腰骶椎有左倾和前凸性弯曲变形,前凸角(60°)较大、左倾角(17.37°)较小,产生轻微的左倾(0.97 mm)和较大的前倾(8.18 mm)变形;Lenke-5CN型侧凸脊柱的腰骶椎同样有左倾和前凸性弯曲变形,前凸角(59°)较大、左倾角(26.97°)较大,产生更严重的左倾(20.65 mm)和前倾(9.22 mm)变形。结论腰骶椎结构特点与其变形趋势密切相关,不同脊柱侧凸腰骶椎结构会引起相应的变形趋势。研究结果对脊柱侧凸的预防和治疗具有重要的意义。
[Abstract]:Aim to study the relationship between deformation size and displacement trend of lumbosacral vertebrae (L1~S1) structures of two typical scoliosis under vertical downward load, and to provide mechanical basis for clinical treatment and prevention of scoliosis. Methods the lumbosacral vertebra images of typical Lenke- 4AN and Lenke- 5CN scoliosis were transformed into three dimensional models by X ray computed tomography, and then the finite element model was established and verified. The internal stress distribution and displacement change of each model are calculated by finite element method. To analyze the correlation between lumbosacral structure and deformation displacement of lateral convex spine. Results under the same boundary conditions and loading conditions, the stress and displacement of the two lumbosacral vertebrae models were different. The lumbosacral vertebrae of Lenke- 4ANtype scoliosis had left-leaning and protruding bending deformation, and the kyphosis angle (60 掳) was larger. The left inclination angle (17.37 掳) is small, resulting in a slight left inclination (0.97 mm) and a larger forward tilt (8.18 mm) deformation. The lumbosacral vertebrae of Lenke- 5CN type scoliosis also had left-sided and protruding bending deformation. The kyphosis angle (59 掳) was larger than that of the left angle (26.97 掳), which resulted in more severe left-leaning (20.65 mm) and forward-tilt (9.22 mm) deformation. Conclusion the structural characteristics of lumbosacral vertebra are closely related to the deformation trend of lumbosacral vertebra, and different scoliosis and lumbosacral structure may cause the corresponding deformation trend. The results of this study are of great significance for the prevention and treatment of scoliosis.
【作者单位】： 河北工业大学机械学院;中国医学科学院北京协和医院骨科;天津医科大学医学影像学院;Radiology
【基金】：天津市应用基础与前沿技术研究计划资助项目(13JCYBJC41200)
【分类号】：R318.01;R682.3

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本文编号：2463246