鎳鈦記憶合金棒進(jìn)行特發(fā)性脊柱側(cè)凸矯形的有限元研究.pdf

1、背景:
　　鎳鈦記憶合金具有形狀記憶和超彈性特點(diǎn),在醫(yī)學(xué)上已得到廣泛的使用,但在脊柱外科矯形領(lǐng)域報(bào)導(dǎo)不多,主要集中在特發(fā)性脊柱側(cè)凸前路U型記憶合金釘?shù)膽?yīng)用方面,解放軍總醫(yī)院自80年代開始應(yīng)用記憶合金棒治療脊柱側(cè)彎,經(jīng)歷了第一代及第二代形狀記憶合金矯形系統(tǒng),但基于對(duì)鎳毒性的考慮未在臨床廣泛應(yīng)用。國(guó)外學(xué)者也進(jìn)行了記憶合金棒矯形的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究,但未見臨床報(bào)導(dǎo)。近年來(lái),解放軍總醫(yī)院在原來(lái)研究基礎(chǔ)上發(fā)明了作為矯形工具使用的記憶合金棒,在脊柱

2、側(cè)凸矯形過(guò)程中作為一種工具使用,并在脊柱側(cè)凸畸形矯正應(yīng)用中得到了臨床驗(yàn)證。在應(yīng)用中記憶合金棒在側(cè)凸凹側(cè)作為矯形工具使用,在側(cè)凸凸側(cè)及雙側(cè)同時(shí)矯形效果未知;為了增加脊柱側(cè)凸橫斷面矯形效果設(shè)計(jì)了矩形橫截面的記憶合金棒,效果尚未得到驗(yàn)證。有限元分析法作為一種新興的研究方法因其無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)便及可重復(fù)性在脊柱畸形的研究中有越來(lái)越重要的地位。本研究借助有限元分析的方法試圖解決以上問(wèn)題。
　　目的:
　　一、建立記憶合金棒矯正特發(fā)性脊柱側(cè)凸的

3、有限元模型并進(jìn)行驗(yàn)證。
　　二、在脊柱側(cè)凸有限元模型上進(jìn)行圓形記憶合金棒在脊柱側(cè)凸凹側(cè)、凸側(cè)及雙側(cè)同時(shí)矯形模擬并對(duì)矯形結(jié)果進(jìn)行比較分析。
　　三、新型矩形記憶合金棒的設(shè)計(jì)及進(jìn)行脊柱側(cè)凸矯形有限元模擬并與圓形記憶合金棒矯形效果進(jìn)行比較分析。
　　方法:
　　一、臨床收集青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸(LENKE1型)患者1例,排除其他疾病,患者行西門子螺旋CT檢查,收集椎體數(shù)據(jù)資料。應(yīng)用MIMICS,Rapidform,AB

4、AQUS軟件建立脊柱三維有限元模型,在模型上行記憶合金棒矯形模擬并與臨床結(jié)果比對(duì),驗(yàn)證模型的有效性。
　　二、在脊柱側(cè)凸有限元模型上分別模擬圓形記憶合金棒凸側(cè)、凹側(cè)矯形和雙側(cè)圓形記憶合金棒矯形過(guò)程,對(duì)矯形結(jié)果進(jìn)行測(cè)量,比較Cobb角的變化角度,椎體觀測(cè)點(diǎn)的各方向距離及角度位移,分析三種不同矯形方式的優(yōu)劣。
　　三、根據(jù)圓形記憶棒設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和椎弓根釘尾帽尺寸,設(shè)計(jì)新型矩形合金棒,其橫截面為5.5×7.5毫米的矩形。然后在有限元模

5、型上模擬圓棒、矩形棒結(jié)合萬(wàn)向椎弓根螺釘、矩形記憶合金棒結(jié)合單向椎弓根螺釘?shù)某C形效果,并對(duì)矯形結(jié)果進(jìn)行比較分析。
　　結(jié)果:
　　一、成功建立了特發(fā)性脊柱側(cè)凸有限元模型,模擬了單側(cè)記憶合金棒矯形并與實(shí)際臨床結(jié)果進(jìn)行了比較,二者結(jié)果相近,說(shuō)明模型具有有效性。
　　二、成功模擬了三種矯形方式,其中凹側(cè)和凸側(cè)單側(cè)矯形在冠狀面無(wú)明顯差異,凹側(cè)記憶合金棒在矢狀位序列的保持上具有優(yōu)勢(shì),雙側(cè)矯形相對(duì)于單側(cè)矯形在冠狀面具有更強(qiáng)的矯形作用

6、。
　　三、成功模擬了矩形記憶合金棒的矯形方式,相對(duì)于圓形記憶合金棒,矩形記憶合金棒結(jié)合萬(wàn)向椎弓根螺釘,矯形結(jié)果相差不大,矩形記憶合金棒結(jié)合單向椎弓根螺釘在冠狀面矯形無(wú)明顯區(qū)別,但在橫斷面畸形矯正上矯正作用更強(qiáng)。
　　結(jié)論:
　　有限元分析法能成功應(yīng)用于特發(fā)性脊柱側(cè)凸矯形的研究,與臨床實(shí)際情況有較高的相似性,可作為一種模擬和結(jié)果分析的工具。在有限元模擬的記憶合金棒矯形結(jié)果中雙側(cè)記憶合金棒相對(duì)于單側(cè)記憶合金棒在冠狀面的矯