三维有限元法重建全椎板切除后颈椎三维模型

背景:颈椎后凸畸形是常见的医源性颈椎曲度异常,是一种进行性发展的颈椎畸形,其影响儿童和成人正常的颈椎生理功能。目的:以三维有限元法观察颈椎全椎板切除对颈椎曲度的影响,以及颈椎椎间盘、韧带结构对维持颈椎生理曲度的作用。设计、时间及地点:三维有限元分析,实验于2003-01/2004-01在解放军第二军医大学长征医院完成。材料:实验中高分辨率、层面间隔为1mm的颈椎横断面解剖图来自美国虚拟人计划中男性颈椎横断面解剖图,从The Visible Human Project网站免费下载。方法:采用高分辨率的颈椎横断面解剖图作为颈椎三维结构重建的数据源,重建全椎板切除后颈椎三维模型包括颅底至第1胸椎中上部所有颈椎结构,模型不包括C2～C7椎板、棘突、黄韧带、棘间韧带和棘上韧带。根据文献报道定义替代颈椎各结构的有限元单元类型和材质参数,如弹性模量。使用全椎板切除后颈椎模型,应用ansys6.1有限元分析软件,分析椎板切除后颈椎椎间盘和韧带结构对颈椎生理曲度的影响。主要观察指标:颈椎椎间盘、韧带结构(前纵韧带、后纵韧带)弹性模量变化对颈椎曲度的影响。结果:①全椎板切除后颈椎在多次反复加载负荷下,颈椎生理性前凸曲度减小,多次加载负荷后,颈椎上段生理性前凸消失,出现轻度后凸曲度。②颈椎椎间盘和韧带结构(前纵韧带、后纵韧带)弹性模量减小将加剧全椎板切除后颈椎后凸曲度,随着颈椎椎间盘、韧带结构弹性模量的增大,颈椎后凸曲度逐渐消失,并恢复正常生理性前凸曲度。结论:三维有限元分析显示,全椎板切除明显改变颈椎前凸曲度,使颈椎正常生理性前凸转变为后凸;颈椎椎间盘、韧带弹性模量增加将抑制全椎板切除后颈椎后凸曲度形成。