發(fā)布時間：2020-03-27 09:16

【摘要】：目的:(1)基于CT掃描采集的二維圖像,建立胸腰椎骨折的三維數字化模型,并通過對胸腰椎骨折整復后外固定支具的數字化設計,利用3D打印技術,設計制作定制化外固定支具。(2)建立胸腰椎骨折的三維有限元模型(T12-L4),利用有限元法探討3D打印外固定支具固定下胸腰椎骨折的生物力學變化及其對脊柱穩(wěn)定的影響。(3)觀察比較手法復位3D打印外固定支具固定(A組)、切開復位椎弓根螺釘內固定(B組)、手法復位臥床休息(C組)三種方案治療胸腰椎骨折的臨床療效。材料與方法:(1)根據1例鎮(zhèn)痛下手法整復滿意后的L1骨折的男性胸腰段椎體CT數據,建立三維模型,保存后導入三維重建軟件Mimics,進行組織切割,獲取骨、皮膚、肌肉三維模型,導入3-matic中,設計出新型外固定支具的后側支撐板模型,并再次導入Mimics軟件內,三維模型以*.STL的格式導出并通過3D打印機打印成型,完成組裝,佩戴。(2)根據鎮(zhèn)痛下手法整復滿意后L1骨折的男性的胸腰段椎體CT數據,利用計算機將DICOM數據進行三維成像,利用Mimics、Ansys、Geomagic Studio、Hpermesh等專業(yè)的相關軟件建立T12-L4節(jié)段的三維有限元模型(包括骨骼,椎間盤的纖維環(huán)、髓核,軟骨終板,韌帶)。并通過模擬胸腰段椎體不同運動狀態(tài)下的受力情況,建立佩戴支具后的模型,進行佩戴不同松緊程度支具的直立、前屈、后伸、側屈、旋轉五種狀態(tài)下的椎體及椎間盤的應力和位移情況分析,進行3D打印支具佩戴治療胸腰椎骨折的效應模擬研究。(3)回顧性分析三種不同治療方案治療單純性胸腰椎骨折患者60例,評估各組治療前后椎體前緣壓縮度(AVBC),Cobb角的恢復及丟失情況,腰部疼痛(VAS評分)改善情況以及腰背部功能狀況(ODI指數)的改善情況,并進行組內、組間比較,以評價三種治療方案各自的優(yōu)劣。結果:(1)基于CT掃描采集的二維圖像,建立了胸腰椎骨折的三維數字化模型,通過3-matic等軟件設計并經3D打印出了定制化的外固定支具。該支具具有個性化設計,固定精準,材質輕便等優(yōu)點。(2)本研究利用相關軟件,準確完整地建立了胸腰椎骨折的有限元模型,以及骨折后佩戴外固定支具的模型。該模型不但具有與真實的胸腰柱骨折相同的外形,并且具有非常好的幾何相似性和仿真性。我們對該胸腰椎骨折的有限元模型的有效性進行了驗證。通過將胸腰椎骨折后外固定支具佩戴下的有限元模型與未佩戴支具的胸腰椎骨折模型進行分析對比,發(fā)現支具的佩戴對于患者前屈,后伸,側位,旋轉等狀態(tài)下骨折椎體的移位和應力均有一定改善,并且該新型支具的佩戴是安全的,骨折椎體高度繼續(xù)丟失的風險很小。(3)經過三種不同治療方案治療后,患者椎體前緣壓縮度(AVBC)、Cobb角、腰部疼痛(VAS評分)及腰背部功能狀況(ODI指數)較治療前均有明顯改善(P0.05)。行組間比較時,C組末次隨訪的AVBC較B組差(p0.05):A組AVBC丟失值與C組相比有顯著優(yōu)勢(p0.05);三種治療方案在末次隨訪時組間無明顯差異(p0.05)。結論:本研究以3D打印技術,結合數字影像技術和數學物理方法(有限元法)進行有限元建模和生物力學分析,設計并制作外固定支具,對具有良好療效的傳統中醫(yī)傷科治療方法(手法整復輔以外固定支具)進行研究、分析、設計。不但以現代技術對傳統中醫(yī)治療方法展開了有效性研究,而且制造出了定制化的新型胸腰椎外固定支具。該支具基于胸腰椎骨折病人CT數據,借助計算機輔助設計,3D打印成型,具有“個性化”、“精準化”特點。該支具能對骨折進行有效固定,幫助患者早期下地,減少并發(fā)癥的發(fā)生,是一款用以治療單純胸腰椎骨折的安全有效的外固定支具。
【圖文】：

２．３詳細操作方法逡逑下面結合附圖對本研究制定的新型外固定支具進行詳細闡述。逡逑如圖７所示，本新型胸腰椎外固定支具實施例一，本外固定支具由前、后兩部分組成。逡逑前、后部分通過魔術帶連接，固定于人體的胸腹和腰背部。前部包括三塊成型板材及設在逡逑成型板材內側的海綿內襯，三塊成型板材間通過鉚釘相連接。逡逑如圖８所示，新型胸腰椎外固定支具的實施例二，在實施例一的基礎上，腰部外固定逡逑支具的后部包括一設置有前凸結構的多孔支撐板、海綿內襯及兩塊成型板材，支撐板是由逡逑專業(yè)的醫(yī)用３Ｄ打印機打印成型的。支撐板與兩塊成型板材間通過鉚釘連接。逡逑２２逡逑

面）；氣囊長邊貼上從左至右貼上３條１０ｃｍ毛面魔術帶，將氣囊貼在３Ｄ打印支撐板壓逡逑力區(qū)處，，氣囊安裝的具體位置為與骨折椎體的相應水平。逡逑將原有可透氣海綿內襯放入（２）裝配好的外固定器后部，完成組裝（如圖１２）。逡逑ｌｌＰ逡逑打印成型的支撐版邐支具后部分制作過程邐壓力可調節(jié)氣囊逡逑ＱＱＩｌＩ）逡逑支具的前部分（含內襯）安裝完成的支具后部分（內襯己拆除｝邋支具后部分的內襯逡逑圖１２組裝及成型后實物圖逡逑四、結果逡逑通過對Ｌ１骨折的患者進行全胸腹部連續(xù)ＣＴ掃描（層厚為０．６２５ｍｍ），將所獲得的逡逑數據以ＤＩＣＯＭ格式導出。導出的數據導入Ｍｉｍｉｃｓ軟件進行分割重建，成功建立了胸腰逡逑骶椎骨骼與軟組織兩個獨立的三維數字化模型。將文件導出，并以．ＳＴＬ格式保存。逡逑通過專業(yè)的３Ｄ打印機打印出定制型胸腰椎外固定支具的后側支撐板。并將打印出來逡逑的支撐板與普通外固定支具的成形板材組裝。于骨折椎體相應水平安裝可調節(jié)充氣氣囊。逡逑新型的３Ｄ打印外固定支具采用的支撐板，采用光敏樹脂材料打印，材料不受溫度的影響，逡逑能夠達到預期設計尺寸。每一具支具都是根據患者的ＣＴ平掃數據“私人定制”，由于可逡逑２４逡逑
【學位授予單位】：南京中醫(yī)藥大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R687.3

【參考文獻】

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本文編號：2602760