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

1、漏斗胸是醫(yī)學(xué)中較為常見(jiàn)的胸廓畸形疾病，且臨床中發(fā)現(xiàn)，漏斗胸患者常會(huì)伴隨脊柱側(cè)彎癥狀。相關(guān)研究證實(shí)，胸骨內(nèi)凹方向與脊柱側(cè)彎方向?qū)儆谕瑐?cè)畸形時(shí)，矯形手術(shù)后，脊柱側(cè)彎畸形得到改善；反之，脊柱側(cè)彎畸形加重。
　　目前通過(guò)建立有限元計(jì)算模型進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測(cè)微創(chuàng)矯形效果和指導(dǎo)臨床矯形手術(shù)方案的設(shè)計(jì)已經(jīng)得到了應(yīng)用，對(duì)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(jì)算模型包括：基于三維重建的實(shí)體計(jì)算模型以及基于梁?jiǎn)卧挠?jì)算模型。其中通過(guò)三維重建

2、得到的實(shí)體模型具有建模準(zhǔn)確，計(jì)算精度高的優(yōu)點(diǎn)，但建模方法復(fù)雜，建模周期長(zhǎng)，病人入院后需要等待較長(zhǎng)時(shí)間，不能適應(yīng)臨床矯形手術(shù)方案快速設(shè)計(jì)的需要；基于梁?jiǎn)卧挠?jì)算模型具有建模方法簡(jiǎn)單，建模周期短的優(yōu)點(diǎn)，研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)梁?jiǎn)卧Ｐ皖A(yù)測(cè)的脊柱側(cè)彎矯形結(jié)果與臨床結(jié)果差距較大，有報(bào)道稱(chēng)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)脊柱側(cè)彎得到改善的患者手術(shù)后卻加重了脊柱側(cè)彎，因此梁?jiǎn)卧Ｐ驮陬A(yù)測(cè)脊柱側(cè)彎變形結(jié)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(zhǔn)確預(yù)漏斗胸合并脊柱側(cè)彎

3、微創(chuàng)矯形手術(shù)后結(jié)果的計(jì)算模型對(duì)于提高治療效果以及促進(jìn)數(shù)值模擬方法在臨床手術(shù)方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有重要意義。
　　文中發(fā)展了一種基于患者胸廓模型結(jié)構(gòu)和尺寸創(chuàng)建胸廓三維實(shí)體簡(jiǎn)化計(jì)算模型的方法，大幅度縮短了胸廓模型的建模時(shí)間，保留了三維重建實(shí)體模型計(jì)算精度高的優(yōu)點(diǎn)。文中采用一位漏斗胸合并脊柱側(cè)彎患者的CT影像資料分別建立了三維重建實(shí)體模型，梁?jiǎn)卧Ｐ秃腿S實(shí)體簡(jiǎn)化模型三種計(jì)算模型，采用三種計(jì)算模型模擬了漏斗胸微創(chuàng)矯形過(guò)程。將數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)

4、果與臨床微創(chuàng)矯形手術(shù)后結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，三種計(jì)算模型均能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)胸骨的抬高位移，但是三種計(jì)算模型預(yù)測(cè)的脊柱側(cè)彎矯形結(jié)果差別明顯，其中采用三維重建實(shí)體計(jì)算模型與采用三維實(shí)體簡(jiǎn)化模型預(yù)測(cè)的脊柱側(cè)彎的矯形結(jié)果與臨床矯形手術(shù)后結(jié)果十分接近，但是采用梁?jiǎn)卧?jì)算模型預(yù)測(cè)的脊柱側(cè)彎矯形結(jié)果與臨床結(jié)果還存在較大的差距。
　　為解釋三種計(jì)算模型數(shù)值模擬結(jié)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(duì)肋骨的組合體為研究對(duì)象，研究了組合體模型的生物力學(xué)特性，組合體模型的椎體和肋骨分別通過(guò)三維重建，三維實(shí)體簡(jiǎn)化模型和梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)?chuàng)建。計(jì)算結(jié)果顯示：梁?jiǎn)卧Ｐ偷慕M合體的位移與應(yīng)力分布與三維重建實(shí)體模型和三維實(shí)體簡(jiǎn)化模型的結(jié)果有明顯差別。
　　目前，國(guó)際上對(duì)漏斗胸病例的分型相對(duì)粗糙，只有同側(cè)和異側(cè)兩大類(lèi)，作者在研究中發(fā)現(xiàn)，脊柱側(cè)彎位置的高低也會(huì)明顯影響微創(chuàng)矯形的結(jié)果。文中作者將漏斗胸的分型從同側(cè)和異側(cè)兩類(lèi)擴(kuò)展為四類(lèi)，包括同側(cè)上，同側(cè)下

6、，異側(cè)上和異側(cè)下。本文中采用作者提出的三維簡(jiǎn)化實(shí)體模型的建模方法對(duì)同側(cè)上、下和異側(cè)上、下四種漏斗胸畸形微創(chuàng)矯形過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)地參數(shù)研究，分析比較了矯形手術(shù)對(duì)胸骨抬高位移和脊柱側(cè)彎變形的影響。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，四類(lèi)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(cè)彎的結(jié)果中，若胸骨凹陷方向與脊柱側(cè)彎方向?yàn)楫悅?cè)時(shí)，矯形手術(shù)會(huì)加重脊柱側(cè)彎變形；如果胸廓凹陷方向與脊柱側(cè)彎方向?yàn)橥瑐?cè)時(shí)，矯形手術(shù)可能緩解也可能加重脊柱側(cè)彎癥狀，產(chǎn)