目的 建立T2～L5胸腰椎有限元模型并验证其有效性,为探究脊柱冲击载荷下的动态响应特性及损伤机制提供数值模型支撑.方法 基于CT扫描图像数据建立T2～L5胸腰椎三维有限元模型;仿真分析施加不同力矩下(屈伸、旋转和侧弯工况)T12～L1段载荷-转角曲线,并与文献报道的数据进行对比;对T2～6、T7～11和T12～L53段脊柱有限元模型施加不同高度下的自由落体载荷并进行仿真分析,获得轴向力峰值和弯矩,并与文献报道的数据进行对比分析.结果 T12～L1段脊柱有限元模型受不同方向力矩发生最大转角在-2.24°～1.55°,与文献数据吻合良好.在不同跌落高度下,T2～6、T7～11和T12～L5 3段脊柱有限元模型的轴向峰值力分别为1.7～5.3、1.3～5.5、1.3～7.5kN,均处于文献数据误差范围内;脊柱与椎间盘应力云图显示,椎体由外缘最先受力,椎间盘由髓核承受主要载荷,符合实际脊柱损伤发生机制.结论 所建立的T2～L5脊柱模型能够正确模拟不同工况下脊柱的生物力学行为特性,分析结果具有有效性.

目的 利用基于双平面X线的立位脊柱三维重建技术定量测量椎体轴向旋转角(Vertebral Axial Rotation,VAR).并初步判断立位三维重建下测量VAR的精度.方法 对一位主诉为腰痛的病人,加用标定装置拍摄腰椎正侧位X线片,标定装置上有数个小钢珠做成的已知三维坐标的标定点.依据Nash-Moe法,在平片上寻找出存在轴向旋转的椎体,运用相关软件,提取旋转椎体的VAR测量相关点在正侧位平片上投影点的二维坐标和平片上正侧位成像各自标定点的二维坐标.根据立位三维重建的基本原理,重建出VAR测量相关点的三维坐标.定量测量VAR,并和Nash-Moe法的测量结果进行对比,初步判断测量精度.结果 发现1个存在轴向旋转的椎体,位于第3腰椎(Lumber vertebrae,L),Nash-Moe分度为1度,测量VAR为+2.3°.方向与双侧椎弓根形状变化一致,但数值不在Nash-Moe法(L2-L4,1度)相对应的旋转范围5-15°之内.结论 本实验在国内率先利用基于双平面X线的立位脊柱三维重建技术定量测量出VAR,但测量精度需要进一步提高.

背景:空心拉力螺钉技术治疗峡部裂有很多优势,但依然存在内固定的断裂、松动的风险.目的:通过三维有限元软件建立L4-S正常模型、峡部裂模型及空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂模型,分析空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂的生物力学稳定性.方法:选择1名男性健康青年军人志愿者,对志愿者腰椎、骶椎进行三维CT扫描,获取影像学数据并保存为Dicom格式.将CT数据导入Mimics research 21.0软件初步建立几何模型,并进行偏差分析,将所得模型以STEP格式输出;再导入Solidworks 21.0软件分别建立L4-S节段正常、L5双侧峡部裂、空心拉力螺钉治疗峡部裂3组模型,分别用A,B,C表示,比较轴向压缩、前屈、后伸、左侧弯、左旋转5种工况下3组模型的生物力学特点.结果 与结论:①相比于A,C模型,B模型在轴向压缩、前屈、后伸、左侧弯、左旋转5种工况下的整体最大位移均为最大,而A,C整体最大位移相差不明显;②C模型去除内固定之后,最大应力趋势与A模型相近,而B模型在左侧弯及左旋转时应力明显高于A,C模型;③3组模型的整体最大转角表明,B模型在5种工况下的最大转角明显大于A,C模型,A,C模型相似;3组模型L4椎体的活动度变化不明显;而B模型L5椎体的活动度明显高于A,C模型,在左侧旋转及左侧弯时更明显;④结果说明,脊柱生理运动状态下,空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂模型的变化趋势同正常模型,可获得良好的生物力学稳定性,保留了脊柱的正常力学特性,但应避免术后即刻过度的后伸及旋转.

目的 探讨计算机模拟枢椎椎体肿瘤切除后以组配式3D打印假体进行枢椎前柱重建的稳定性及生物力学特点,为该假体的改进和临床应用提供理论依据.方法 将1例成年健康男性颅底至C5的CT数据导入有限元建模软件进行正常颈椎三维有限元建模(正常模型).在正常模型的基础上模拟枢椎肿瘤切除,建立枢椎缺损模型.将前期研发的组配式3D打印假体数据导入枢椎缺损模型并进行模拟安装,建立组配式3D打印假体重建模型(重建模型).对正常模型与重建模型在前屈后伸、左右侧曲和轴向旋转状态下的运动进行有限元分析,比较2个模型的活动度(ROM)及应力分布特点.结果 在相同转角情况下,重建模型在各工况下的扭矩均较正常模型有所增加,前屈时增加 14.2％,后伸时增加61.6％,左旋时增加53.0％,右旋时增加58.3％,左侧曲时增加30.6％,右侧曲时增加28.3％.重建模型的稳定性较正常模型增强,刚度有所提升.钉道周围骨质应力集中,主要在与假体固定螺钉接触的头部和根部,全工况钉道骨质应力范围为1.13～6.65 MPa.结论 组配式3D打印假体用于枢椎肿瘤切除后前柱重建,其力学性能稳固,应力分布合理,为解决枢椎肿瘤切除后前柱重建难题提供了新的解决方案.