[目的]通過真實患者的CT掃描圖片數(shù)據(jù),使用Mimics10.01軟件、Geomagic12、UG8.0三維建模軟件以及Workbench有限元分析軟件的輔助,經(jīng)過調(diào)整,模型的CVSL和生物力學性狀驗證有效,建立了青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎三維有限元模型。利用該模型,模擬PVCR手術以探究:1、在PVCR矯形手術過程中患者重要椎體的生物力學變化和移動;2、矯形螺釘及矯形棒上應力云圖分布,對比術前術后椎體,椎弓根受力及位移分布云圖;3、交界區(qū)椎間盤矯形術后受力云圖分布。[方法]1利用三維有限元相關軟件建立嚴重脊柱側(cè)凸模型以及模型的優(yōu)化。在Mimics10.01軟件中,成功導入志愿者CT模型,初步得到粗糙模型;在Geomagic studio12軟件中,進行模型的優(yōu)化,使得到的模型更加光滑且接近真實;在UG8.0軟件中,添加椎間盤、肋骨、胸骨柄、骨盆,模擬俯臥位椎間關節(jié)、肋椎關節(jié)摩擦系數(shù)。2嚴重脊柱側(cè)凸模型有效性驗證。在Mimics10.01軟件中,將所建立的模型與原始患者的CT相比較,驗證模型的幾何相似性。通過將所建立的患者脊柱空間三維體模型進行本類研究中公認的CSVL驗證,將分別在Mimics10.01和UG8.0中測得的脊柱冠狀面和矢狀面的CSVL四組數(shù)據(jù)進行列表,并經(jīng)過統(tǒng)計學專用軟件SPSS19.0進行統(tǒng)計學分析,對模型的不足之處進行微調(diào),保證了本研究所建立的模型與患者實際脊柱在空間位置上的一致性。對模型施加前屈、后伸、左彎、右彎、左旋轉(zhuǎn)和右旋轉(zhuǎn)等六項驗證,得到模型的FSU數(shù)據(jù),并與前人研究結果進行對比,保證了模型在力學上的有效性。3利用模型模擬PVCR手術,模擬術中真實環(huán)境,對真實術中的手術床、患者皮膚、肌肉等進行簡化建模,且按照真實情況,固定胸骨和骨盆接觸部位的皮肉,術中限制模型中骨盆皮膚處與手術床接觸為零。保證胸廓與椎體間的活動度,并真實模擬關節(jié)囊潤滑作用;模擬矯形:椎弓根釘植入以及置棒。按照術前計劃,患者行T12椎體切除,固定節(jié)段為T3-L4。術中準確植入椎弓根矯形螺釘;椎體切除,施加矯形力。[結果]1模擬PVCR術矯形結束后,各椎體均存在三維矯形面的位移,椎體切除后,人為的將連續(xù)的脊柱分為兩段,首先椎體兩斷端呈縱向分離趨勢,在其冠狀位上,椎體切除區(qū)域上段面向凸側(cè)位移趨勢大于下段;在其矢狀位上,椎體切除之后,下段位移距離大于上段,故椎體切除下段下沉趨勢大于上段,即遠端下沉,近端上提。2模擬PVCR矯形術后矯形棒應力值區(qū)間為:0.0050214e7兆帕—0.045217 e7兆帕,其中應力值最大區(qū)域為截骨區(qū)及截骨區(qū)上下兩個椎體,其應力值為0.045217 e7兆帕,其次為臨近矯形區(qū)域,其應力值為:0.03145 e7兆帕—0.040193 e7兆帕。矯形棒應力最小為端椎區(qū)域,其應力值為:0.0050214e7兆帕—0.025121 e7兆帕。矯形螺釘應力區(qū)間為:3.1108e7兆帕—2.7961e8兆帕。其中應力值最大區(qū)域為經(jīng)椎弓根區(qū)域。模擬PVCR矯形術后矯形螺釘應力區(qū)間為:3.1108e7兆帕—2.7961e8兆帕。其中應力值最大區(qū)域為經(jīng)椎弓根區(qū)域。位于切除椎體下矯形凸側(cè)第一枚矯形螺釘應力最大,為2.4577e8兆帕。模擬PVCR矯形術后,各椎體應力最大區(qū)域均出現(xiàn)釘—骨交界區(qū)域。3模擬PVCR矯形結束后,端椎區(qū)域T2/3及椎間盤T7/8、T8/9、T9/10上的應力較其他椎間盤的應力值要大。交界區(qū)T2/3椎間盤應力較大且較集中于纖維環(huán)外側(cè)。且矯形結束后,椎間盤受力最大區(qū)域均位移纖維環(huán)。[結論]本研究通過CT三維圖像導入,成功建立符合人體真實情況嚴重脊柱側(cè)凸模且驗證模型有效性�；谀Ｐ湍MPVCR手術,術中加入胸廓、胸骨、骨盆、皮膚、手術床、關節(jié)囊等術中客觀存在事物對手術的影響,與其他學者同類實驗相比,更加真實模擬PVCR手術。本研究所有節(jié)段均植入了椎弓根螺釘,應力值的大小代表發(fā)生椎弓根壁骨折破損或者釘棒斷裂的可能性,值越高反映出現(xiàn)椎管內(nèi)侵犯或者斷釘斷棒的可能性越高。模型完成PVCR術后,患者冠狀面?zhèn)韧褂枰猿C正。當患者脊柱矯正到合適位置時,同時整體的脊柱在向患者頭部的方向Z方向都產(chǎn)生了一定的移動,也符合在矯形手術完成后患者都有身高增加這一現(xiàn)象。PVCR矯形術中,完成全脊椎切除后首先應首先短縮脊柱,降低脊髓張力提高脊髓對脊柱移位的耐受性,保護脊髓安全。行PVCR術后,截骨區(qū)域為術后內(nèi)植物斷裂高危區(qū)域,故術中行有效的植骨融合,術后嚴格囑患者避免重體力運動。PVCR矯形術后,交界區(qū)椎間盤承載較大應力且較集中,交界區(qū)椎間盤變性是導致PJK發(fā)生的主要因素。
【學位單位】：昆明醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：R682.3
【部分圖文】：

打開Ｍｉｍｉｃｓ軟件后，先導入所要的所有椎體ＣＴ圖片，接下來，需??要調(diào)整窗寬窗位，此后，進行閾值分割，分割結果保存為蒙板（Ｍａｓｋ）。完成所??要求的閾值的劃分后，需要對所要求的骨區(qū)進行清除與填補，如下圖１．２所示，??在處理前，椎體上存在著許多的空洞，這些空洞在人體中是不存在的，為此必須??將這些空洞完全填補起來。??圖１．１患者脊柱ＣＴ圖片編輯前后對比圖??在通過以上各個步驟作用后，我們的得到的椎骨模型是由一定數(shù)量的三角片??組成的面網(wǎng)格化模型，它的表面是非常粗糙的，會對后期處理帶來極大的不便，??１３??

ｆｔ?ｆ＊??圖１．?２?ＭｉｍｉｃｌＯ．?０１軟件“Ｒｅｍｅｓｈ”功能運行界面??對于模型中出現(xiàn)不合理的部分，需要修整，以減少質(zhì)量較差的三角片的數(shù)量。??Ｍｉｍｉｃｓ醫(yī)學圖像處理軟件中自帶“重新劃分網(wǎng)格”、“優(yōu)化所得到的模型三角片”、??“檢查模型中是否存在有相交的三角片”、“Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ光順本模型”功能，目的??是進一步去除、修改或重新編輯。質(zhì)量較差、出現(xiàn)釘角的三角片數(shù)量。使得到的??模型盡可能光滑、平整，更接近人體真實情況。如下圖１．４所示：??圖１．?３?ＭｉｍｉｃｓｌＯ．?０１軟件“Ｒｅｍｅｓｈ”處理前后效果圖??１４??

１．?４．?２采用Ｍｉｍｉｃｓ軟件修整青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎各個節(jié)段??本研究采用Ｍｉｍｉｃｓ醫(yī)學圖像處理軟件中自帶的ＦＥＡ模塊中的Ｒｅｍｅｓｈ功能，對本??模型進行初步的修整清潔，這個功能的運行界面如下圖１．?３所示。??／？￡?３?ＳＩＳ?０：?ａ?？：?Ｃ－Ｕ．－ｗ＾?＾?ｉｆ?Ｌｆ?ｅ？?ｉｆ?＾?４＾０?Ｂ??｜＾＞?■??ｌｉｔ??％國??＿鬆＿??■?」＿．卜，？??ｆｔ?ｆ＊??圖１．?２?ＭｉｍｉｃｌＯ．?０１軟件“Ｒｅｍｅｓｈ”功能運行界面??對于模型中出現(xiàn)不合理的部分，需要修整，以減少質(zhì)量較差的三角片的數(shù)量。??Ｍｉｍｉｃｓ醫(yī)學圖像處理軟件中自帶“重新劃分網(wǎng)格”、“優(yōu)化所得到的模型三角片”、??“檢查模型中是否存在有相交的三角片”、“Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ光順本模型”功能，目的??是進一步去除、修改或重新編輯。質(zhì)量較差、出現(xiàn)釘角的三角片數(shù)量。使得到的??模型盡可能光滑、平整，更接近人體真實情況。如下圖１．４所示：??圖１．?３?ＭｉｍｉｃｓｌＯ．?０１軟件“Ｒｅｍｅｓｈ”處理前后效果圖??１４??
【參考文獻】

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本文編號：2877172