中医功能复位治疗骨质疏松性椎体压缩骨折愈合后脊柱稳定性的有限元研究

发布时间：2020-08-09 11:53

【摘要】：目的:1.利用计算机有限元研究(FEA)方法进行生物力学研究,模拟功能复位治疗骨质疏松性L1椎体压缩骨折愈合后的高度恢复较正常降低10%、30%、60%,分析功能复位治疗骨折椎体内部椎间盘、骨折椎体与相邻椎体以及小关节在不同复位水平下的应力、应变分布情况,分析脊柱稳定性的生物力学特性。2.应用有限元分析方法来探讨不同复位水平下,影响陈旧性骨质疏松性胸腰段压缩骨折的脊柱力学改变的因素,进而探寻功能复位的最低标准,为该手法的临床应用和规范提供一定的理论和实验依据。方法:1.CT影像资料收集:选择正常老年人临床志愿者和甘肃中医药大学附属医院骨科住院患者各1例,使用我院64排螺旋CT,对其T11椎体上缘至L3椎体下缘扫描,获取图像后以DICOM格式保存。2.三维几何的建立与验证:将DICOM格式的图像导入Mimics16.0软件进行椎体分离,然后运用Geomagic studio优化、Solidworks组装等软件建立T11-L3共五个椎体的3D几何模型。然后模拟胸腰椎压缩性骨折,给予L1椎体一定的位移造成其骨折,模拟功能复位治疗骨折愈合后L1椎体高度较正常降低10%、30%、60%压缩性骨折的三维有限元模型,验证其有效性。3.建立T11-L3有限元模型:将几何模型T11-L3椎体导入Solidworks软件进行装配,然后建立椎体皮质骨和松质骨,上下终板、椎间盘、关节突软骨,在ANASYS软件中添加弹簧模拟各部位韧带。4.有限元分析:将正常人体T11-L3模型和L1椎体压缩性骨折模型分别导入ANASYS软件分析,设置L3椎体下缘为约束条件,在T11椎体的上表面施加均匀分布的垂直向下力500N,模拟人体直立时的载荷,然后施加7.5Nm的力矩,分别模拟人体前屈、后伸、右侧屈、左侧屈的载荷。记录并比较各个模型在相同生理载荷下的应力和应变分布,位移的变化情况。结果:1.模拟建立了正常人体T11-L3共包含5个椎体、4个椎间盘以及终板、关节突软骨和韧带,验证了其有效性,和文献数据对比无明显区别,基本复合正常人体生物力学特征的三维几何模型。2.利用正常人体T11-L3有限元模型建立了功能复位治疗后L1椎体前缘较正常降低10%,30%,60%的压缩模型,在前屈、右侧屈、左侧屈、后伸状态下,记录骨折椎体骨折椎体内部椎间盘、骨折椎体及小关节的应力、应变,以及位移的大小。3.将功能复位治疗后的三种复位高度的L1椎体陈旧性压缩骨折模型与正常人体T11-L3椎体有限元模型做受力分析对比,结果发现在施加相同的生理载荷的情况下,60%的压缩模型的骨折椎体与小关节的应力最大、椎间盘的应变最大,脊柱的位移变化也最大,其次为30%和10%的压缩模型。结论:1.根据CT资料建立了正常人体脊柱胸腰段T11-L3椎体三维有限元模型,施加载荷和力矩,通过了有效性验证,符合正常人体椎体的要求,可用于模型处理和生物力学分析。2.当功能复位治疗后椎体高度恢复至较正常降低60%时,骨折椎体与小关节的应力最大,可能会造成临近椎体的再次骨折进而影响整个脊柱的稳定性,以及造成局部的疼痛;骨折椎体内部椎间盘应变最大,可能会造成椎间盘的突出。3.当功能复位治疗后椎体高度恢复至较正常降低10%时,邻近椎体与小关节的应力最小,椎间盘应变最小,脊柱稳定性最好;30%的压缩椎体椎间盘、骨折椎体与小关节的应力应变较小,脊柱的稳定性较好,可以被患者接受。
【学位授予单位】：甘肃中医药大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R274.1
【图文】：

三维几何模型,椎体压缩骨折,后脊,中医

11-L3节段三维几何模型

填孔,STL格式文件,光滑表面

26图 2 填孔和光滑表面后以 STL 格式文件保存的网格划分magic Studio 2014 软件中打开从 Mimics16.0 保存出来的去除钉状物和多余特征，处理后得到准确的几何模型，然处理（图 3）。运用网格医生命令进行模型检查，然后使用轮廓线，对变形或者不合理的轮廓进行编辑，删除不需廓线方便生成曲面片（图 4）；曲面片生成成功后生成曲面面（图 5），然后将拟合完成的曲面导出为以 STP 几何模型

医生,光顺,降噪,网格

2.2.4 搭建正常人体 T11-L3 有限元模型将从 Geomagic Studio 2014 软件中保存出来的 STP 几何模型文件分别以零件实体模型导入 SolidWorks2017 软件，然后把 T11、T12、L1、L2、L3 组装为一图 3 进行光顺、降噪、特征去除、网格医生图 4 编辑轮廓线图 5 构造曲面片图 6 拟合曲面

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