鎳鈦記憶合金棒進行特發(fā)性脊柱側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,在醫(yī)學上已得到廣泛的使用,但在脊柱外科矯形領域報導不多,主要集中在特發(fā)性脊柱側凸前路U型記憶合金釘?shù)膽梅矫?解放軍總醫(yī)院自80年代開始應用記憶合金棒治療脊柱側彎,經歷了第一代及第二代形狀記憶合金矯形系統(tǒng),但基于對鎳毒性的考慮未在臨床廣泛應用。國外學者也進行了記憶合金棒矯形的動物實驗研究,但未見臨床報導。近年來,解放軍總醫(yī)院在原來研究基礎上發(fā)明了作為矯形工具使用的記憶合金棒,在脊柱

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

3、有限元模型并進行驗證。
　　二、在脊柱側凸有限元模型上進行圓形記憶合金棒在脊柱側凸凹側、凸側及雙側同時矯形模擬并對矯形結果進行比較分析。
　　三、新型矩形記憶合金棒的設計及進行脊柱側凸矯形有限元模擬并與圓形記憶合金棒矯形效果進行比較分析。
　　方法:
　　一、臨床收集青少年特發(fā)性脊柱側凸(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果比對,驗證模型的有效性。
　　二、在脊柱側凸有限元模型上分別模擬圓形記憶合金棒凸側、凹側矯形和雙側圓形記憶合金棒矯形過程,對矯形結果進行測量,比較Cobb角的變化角度,椎體觀測點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)圓形記憶棒設計經驗和椎弓根釘尾帽尺寸,設計新型矩形合金棒,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、矩形棒結合萬向椎弓根螺釘、矩形記憶合金棒結合單向椎弓根螺釘?shù)某C形效果,并對矯形結果進行比較分析。
　　結果:
　　一、成功建立了特發(fā)性脊柱側凸有限元模型,模擬了單側記憶合金棒矯形并與實際臨床結果進行了比較,二者結果相近,說明模型具有有效性。
　　二、成功模擬了三種矯形方式,其中凹側和凸側單側矯形在冠狀面無明顯差異,凹側記憶合金棒在矢狀位序列的保持上具有優(yōu)勢,雙側矯形相對于單側矯形在冠狀面具有更強的矯形作用

6、。
　　三、成功模擬了矩形記憶合金棒的矯形方式,相對于圓形記憶合金棒,矩形記憶合金棒結合萬向椎弓根螺釘,矯形結果相差不大,矩形記憶合金棒結合單向椎弓根螺釘在冠狀面矯形無明顯區(qū)別,但在橫斷面畸形矯正上矯正作用更強。
　　結論:
　　有限元分析法能成功應用于特發(fā)性脊柱側凸矯形的研究,與臨床實際情況有較高的相似性,可作為一種模擬和結果分析的工具。在有限元模擬的記憶合金棒矯形結果中雙側記憶合金棒相對于單側記憶合金棒在冠狀面的矯