漏斗胸合并脊柱側彎微創(chuàng)矯形數(shù)值模擬計算模型的研究.pdf

1、漏斗胸是醫(yī)學中較為常見的胸廓畸形疾病，且臨床中發(fā)現(xiàn)，漏斗胸患者常會伴隨脊柱側彎癥狀。相關研究證實，胸骨內(nèi)凹方向與脊柱側彎方向屬于同側畸形時，矯形手術后，脊柱側彎畸形得到改善；反之，脊柱側彎畸形加重。
　　目前通過建立有限元計算模型進行數(shù)值模擬預測微創(chuàng)矯形效果和指導臨床矯形手術方案的設計已經(jīng)得到了應用，對于提高治療效果起到了積極作用。用于數(shù)值模擬的胸廓計算模型包括：基于三維重建的實體計算模型以及基于梁單元的計算模型。其中通過三維重建

2、得到的實體模型具有建模準確，計算精度高的優(yōu)點，但建模方法復雜，建模周期長，病人入院后需要等待較長時間，不能適應臨床矯形手術方案快速設計的需要；基于梁單元的計算模型具有建模方法簡單，建模周期短的優(yōu)點，研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)梁單元模型預測的脊柱側彎矯形結果與臨床結果差距較大，有報道稱數(shù)值模擬預測脊柱側彎得到改善的患者手術后卻加重了脊柱側彎，因此梁單元模型在預測脊柱側彎變形結果中存在較大誤差。綜上所述，發(fā)展一種既能快速建模又能準確預漏斗胸合并脊柱側彎

3、微創(chuàng)矯形手術后結果的計算模型對于提高治療效果以及促進數(shù)值模擬方法在臨床手術方案設計中的應用具有重要意義。
　　文中發(fā)展了一種基于患者胸廓模型結構和尺寸創(chuàng)建胸廓三維實體簡化計算模型的方法，大幅度縮短了胸廓模型的建模時間，保留了三維重建實體模型計算精度高的優(yōu)點。文中采用一位漏斗胸合并脊柱側彎患者的CT影像資料分別建立了三維重建實體模型，梁單元模型和三維實體簡化模型三種計算模型，采用三種計算模型模擬了漏斗胸微創(chuàng)矯形過程。將數(shù)值模擬計算結

4、果與臨床微創(chuàng)矯形手術后結果進行對比發(fā)現(xiàn)，三種計算模型均能準確地預測胸骨的抬高位移，但是三種計算模型預測的脊柱側彎矯形結果差別明顯，其中采用三維重建實體計算模型與采用三維實體簡化模型預測的脊柱側彎的矯形結果與臨床矯形手術后結果十分接近，但是采用梁單元計算模型預測的脊柱側彎矯形結果與臨床結果還存在較大的差距。
　　為解釋三種計算模型數(shù)值模擬結果產(chǎn)生差異的原因，文中定義了一種由椎體和肋骨組成的組合體模型，以影響胸廓變形較大的第六節(jié)胸椎和

5、第六對肋骨的組合體為研究對象，研究了組合體模型的生物力學特性，組合體模型的椎體和肋骨分別通過三維重建，三維實體簡化模型和梁單元創(chuàng)建。計算結果顯示：梁單元模型的組合體的位移與應力分布與三維重建實體模型和三維實體簡化模型的結果有明顯差別。
　　目前，國際上對漏斗胸病例的分型相對粗糙，只有同側和異側兩大類，作者在研究中發(fā)現(xiàn)，脊柱側彎位置的高低也會明顯影響微創(chuàng)矯形的結果。文中作者將漏斗胸的分型從同側和異側兩類擴展為四類，包括同側上，同側下

6、，異側上和異側下。本文中采用作者提出的三維簡化實體模型的建模方法對同側上、下和異側上、下四種漏斗胸畸形微創(chuàng)矯形過程進行了系統(tǒng)地參數(shù)研究，分析比較了矯形手術對胸骨抬高位移和脊柱側彎變形的影響。數(shù)值模擬結果顯示，四類畸形中，胸廓模型經(jīng)矯形后胸骨明顯抬高，且漏斗胸癥狀得以改善；在脊柱側彎的結果中，若胸骨凹陷方向與脊柱側彎方向為異側時，矯形手術會加重脊柱側彎變形；如果胸廓凹陷方向與脊柱側彎方向為同側時，矯形手術可能緩解也可能加重脊柱側彎癥狀，產(chǎn)