矫形力加载肋骨施力区对胸椎段位移及旋转角度影响的有限元分析

背景:脊柱侧弯不但使椎体在冠状面上发生偏移,还会带来椎体的旋转.人们对脊柱侧弯的矫形很少考虑到对椎体旋转的影响,使得矫形效果不佳.目的:建立有限元模型,在矫形力加载情况,三维层面分析规范施力区、释放区、矫形力大小及施力面积等要素.方法:基于1例14岁青少年特发性脊柱侧弯患者的CT数据,建立胸椎段椎体与顶椎凸侧上下3条肋骨的有限元模型,分别在肋骨的背部区域、侧身区域、前侧区域施加不同面积的20,40,60,100 N的均布矫形力,在椎体上选取参考点记录不同工况下的位移及旋转角度.结果 与结论:①在侧身区域施加矫形力对于侧弯矫形效果最明显;②在小面积60 N的矫形力加载下,Cobb角从29°矫正到了19°,在冠状面矫形了4.5 mm;③背部区域施力对于椎体的旋转矫形效果最为明显,大面积施加力使得相邻椎体旋转的矫形更加平缓,在背部大面积施加100 N矫形力时,顶椎旋转矫形了76.9％,而前侧区域施力会加重椎体的旋转畸变;④结果说明,对于冠状面的矫形宜采用小面积施加,对于椎体旋转的矫形宜采用大面积施加;冠状面的矫形施力区域宜选择侧身区域;对于凸侧背部区域施力有助于椎体旋转的矫形,前侧区域不利于椎体旋转的矫正且对椎体旋转影响较小;因此胸椎段的三维矫形,可将凸侧侧身与背部区域、凹侧前侧区域设为施力区,其余区域宜设为释放区.