脊柱的简化模型及其在侧弯矫正中的应用

脊柱侧凸是指脊柱的一个或数个节段侧向弯曲伴有椎体旋转的三维脊柱畸形,严重危害青少年的身心健康。发病与矫形治疗的生物力学机理及矫形治疗方案一直以来为医工界专家、学者研究的热点问题之一。 本论文正是在这样的前提下提出,课题受到国家自然基金重点项目“中国力学虚拟人”和上海市卫生局科技发展基金资助项目“青少年特发性脊柱侧凸的生物力学研究”的联合资助,通过建立侧凸脊柱的几何模型和有限元模型来分析研究青少年特发性脊柱侧凸的生物力学特性,为脊柱侧凸的力学矫正提供可靠的数值分析平台。 本研究提出了一种快速建立脊柱的简化模型的方法,该方法建立的脊柱模型包括胸椎体、腰椎体、椎间盘、韧带及肋骨。将该模型与基于CT建立的模型进行各种矫正力作用下的效果进行比较,验证了该模型的有效性。另外,本文对侧弯矫正的问题应用进行了讨论,结论表明:脊柱在受到横向矫正力时,肋骨作用可以忽略,而在受到纵向矫正力时,肋骨的作用不可忽略;小关节在脊柱侧弯矫正中的作用可以忽略;在该病例中横向矫正力的作用效果优于纵向撑开力的矫正效果。由于该建模方法快速且对病人的辐射伤害小等优点,因此适合于临床应用。