寰枢椎脱位外科预后模型的建立与探讨

目的回顾寰枢椎脱位病例,建立其手术治疗的预后模型以评价预后。方法分析108位寰枢椎脱位患者资料,以术后6个月的改良日本骨科学会(m JOA)评分≥16分为阈值,收集年龄、性别、吸烟史、是否合并其他脊柱或神经系统疾病、术前m JOA评分、病程、MRI T2WI中寰枢椎水平颈髓有无高强度信号等7个可能影响预后的因素数据并行二分类logistic回归分析建模,采用内部验证(internal validation)方法分析,包括自助(bootstrap)法抽样、绘制吻合线(calibration plot)及计算受试者曲线下面积(AUC)分别评价模型吻合力(calibration)与分辨力(discrimination)。结果预后模型为:logit(P)=-2.242 8+0.316 8SCORE-2.0357SIGNAL,其中SCORE指术前m JOA评分(0~17),SIGNAL指高信号(0="无",1="有")。AUC=0.808 1(0.725 9,0.890 3)。结论预后模型吻合力与分辨力均较理想,其中术前m JOA评分为保护因素,T2WI中异常高信号为危险因素,当logit(P)≥-0.728 2时可认为预后良好,模型虽有待完善,但已初具一定临床应用价值。     

一个新枕寰枢有限元模型的建立与生物力学分析

目的 建立一个新型枕寰枢复合体有限元模型并对其进行生物力学分析.方法 采集CT断层资料,应用Mimics软件完成枕寰枢的三维重建并获取点云数据,辅助以逆向工程完成骨性结构的曲面重构;采用Ture Grid软件建立包括关节软骨在内的全六面体有限元网格模型,建立模拟韧带的弹簧单元;在0.3 Nm和1.5 Nm外载荷下进行了前屈、后伸、侧屈和轴向旋转四种生理运动的生物力学分析及有效性验证.结果 该枕寰枢模型能对正常情况下生物力学特性如运动学、韧带应变、关节应力等进行预测.结论 枕寰枢有限元模型对枕颈交界区生物力学的改变及其稳定性的影响可以进行有效的、可重复的仿真分析,具有较高的实用性和临床参考价值.     

先天性寰枢椎脱位计算机模型生物力学研究进展

寰枢椎脱位(AAD),系指先天畸形、创伤、退行性病变、肿瘤、炎症和手术等因素造成的寰椎与枢椎(第1和第2颈椎)骨关节面失去正常的对合关系而发生的关节功能障碍和(或)神经压迫性病理改变,由脱位引起的脊髓受压往往产生严重的症状,甚至危及生命.不同于外伤等引起的寰枢椎脱位.先天性寰枢椎脱位没有可参照进行生物力学研究的动物模型.     

寰枢椎关节间融合器的拓扑优化设计

目的 探讨结构拓扑优化技术在寰枢椎关节间融合器设计的应用效果。方法 选择1名健康志愿者,进行寰枕交界部位CT扫描,建立寰枢椎三维几何模型;对寰枢椎内固定系统模型基于边界反演法进行材料参数反演,构建各向同性材料参数下的简化模型,采用变密度法对植骨窗部分进行拓扑优化设计,获得植骨窗体积最大且结构刚度满足要求的结构,并几何重构为新型寰枢椎侧块关节间融合器（Cage A）。模拟融合器植入,比较CageA与传统融合器（Cage B）植入后,椎体、融合器及植骨内部应力响应,对植入融合器和椎体力学响应进行评估。结果 与传统融合器（Cage B）相比,Cage A模型最大应力明显降低,且应力较均匀分布在支撑面上;在后伸状态下,植入Cage B的整体模型形变峰值明显降低;Cage B植入的椎体最大应力值、植骨体积占比无明显变化。结论 借助结构拓扑优化技术设计的寰枢椎关节间融合器,应力分布均匀,椎体受力小。该方法可以实现具有针对性的个体化融合器设计。     

Goel技术治疗合并寰枕融合的寰枢椎脱位

目的 探讨应用Goel技术(即应用C1侧块-C2椎弓峡部螺钉-棒内固定器械行C1～2侧块关节复位、固定和植骨融合)手术治疗合并寰枕融合的寰枢椎脱位的可行性及临床疗效.方法 回顾性分析138例2009年11月至2013年3月间解放军总医院神经外科收治并手术的颅底凹陷合并寰枢椎关节脱位患者的临床资料.男61例,女77例;年龄7～65岁,平均37.3岁.所有病例均采用经寰椎侧块螺钉和枢椎椎弓峡部螺钉或下关节突螺钉棒内固定系统行C1～2侧块关节复位固定,于髂后上嵴取松质骨颗粒植骨融合.结果 138例中136例获得满意临床治疗效果,2例出现严重并发症,其中1例死亡.根据出院前颈椎3D-CT结果评判,54例完全复位,83例部分复位.87例得到3个月以上时间随访,未出现断钉、断棒现象,其中85例内固定稳固,植骨愈合,2例随访时发现内固定松动做了翻修手术,重新植骨融合.87例随访患者功能评价(Odom评级):优35例,良50例,可2例,差0例.结论 应用Goel内固定技术对寰枢椎侧块关节复位、固定及植骨融合治疗畸形寰枢椎脱位安全可行,疗效满意.     

应用前方压迫指数评价寰枢椎脱位和复位情况

目的推导和应用前方压迫指数评价寰枢椎脱位和复位情况。方法对28例对照组和28例寰枢椎脱位患者行CT检查,分析正常情况、寰枢椎脱位术前及术后的前方压迫指数的情况。结果 28例对照组的前方压迫指数为87.86±24.98;28例患者的术前前方压迫指数为230.44±97.60,术后前方压迫指数为106.27±73.53。患者术前组与对照组差异有统计学意义(t=-7.50,P0.0001),患者术后组与对照组相比没有统计学意义(t=-1.26,P=0.2171);术前术后两组差异有统计学意义(t=10.35,P0.0001)。结论前方压迫指数可作为了解寰枢椎脱位严重程度和行后路复位手术的减压情况的评价指标。     

自发性寰枢椎脱位(附155例报告)

目的 探讨自发性寰枢椎脱位的病因、发病机理及诊治原因。方法 报告１５５例自发性寰枢椎脱位,根据影像学检查所见,分为三种类型。１３０例Ⅰ型和Ⅲ型脱位病人多经口腔切除齿状突行前路减压,再作后路枕颈植骨融合固定。２５例Ⅱ型脱位病人试行头颅牵引,复位后作后路融合固定;不能复位者先经口腔切除部分Ｃ２椎体,再作后路融合固定。结果 １２８例平均随访６年８月,显效５１例,有效４８例,无变化１６例,加重１０例,死亡     

单纯后路复位及固定治疗自发性寰枢椎脱位

目的 利用单纯后路复位,同时行内固定治疗寰枢椎脱位的方法,既不需要颅骨牵引,也不需经口腔齿状突切除.方法 2004年5月至2007年12月,收治自发性寰枢椎脱位病人20例,手术前后利用CT及MRI进行影像学测量,评价脱位及脊髓延髓受压程度.根据是否合并寰枕融合分别采用C1侧块～C2椎弓根螺钉技术3例及C2椎弓根～枕骨螺钉技术17例.手术中向前推压C2棘突或通过C2椎弓根及枕骨螺钉间撑开将齿状突向前、下牵拉以恢复齿状突与C1前弓的解剖关系.结果 20例病人随访6-48个月,1例术后1周因基底动脉内血栓形成死亡,其余19例均明显改善.手术后影像学检查见脊髓延髓均获彻底减压,合并脊髓空洞的5例病人,空洞均明显缩小;各项影像学测量指标均明显好转(P<0.01).1例于术后3个月时CT提示复位部分丢失,但螺钉位置良好,脊髓延髓减压良好,脊髓空洞继续缩小,6个月时骨性融合.结论 首先选择后路复位及固定,而不是前路经口腔齿状突切除减压,是治疗寰枢椎脱位简单有效,相对安全的方法.     

寰枕融合对枢椎椎弓根螺钉植入的影响

目的 研究寰枕融合(C1A)对枢椎(C2)椎弓根大小的影响及不同C2螺钉植入技术.方法 C1A患者17例,其中合并寰枢椎脱位14例,合并颅底凹陷、Chiari畸形3例;非寰枕融合(non-C1A)患者25例作为正常对照组.所有患者术前均行CT薄层扫描,导航系统中模拟植入C2椎弓根螺钉,以不破坏椎弓根骨皮质为准,分别测量两组患者C2椎弓根所能容纳的最大椎弓根螺钉直径(MPSD).结果 C1A组17例,34侧C2椎弓根平均MPSD为(5.8±1.4)mm,其中5侧小于4 mm(15%);non-C1A组25例,50侧C2椎弓根平均MPSD为(6.5±1.4)mm,4侧小于4 mm(8%).二组平均MPSD差异有统计学意义(P＜0.05).对不适合C2椎弓根螺钉植入的患者,延长固定节段至C3侧块2例,C2椎弓根峡部螺钉2例,椎板间螺钉1例.结论 C1A患者C2椎弓根较正常相对狭小,螺钉植入时应更加小心或选用其他固定方式.     

枕寰枢关节非线性有限元模型构建及有效性验证简

评价颅颈交界区的稳定性非常重要。现有动物模型、尸体模型在研究该部位的生物力学上均有不足之处。已有人构建枕寰枢关节（occipito—atlanto—axial joint,OAAJ）有限元模型,但其包含的解剖结构并不一致。我们基于1例青年男性志愿者CT扫描数据,构建了完整的OAAJ非线性有限元模型,并进行有效性验证。     

骨盆环三维有限元模型的建立

利用螺旋CT数据通过Mimics 12.0建立具有高度几何相似性的左、右骨盆、骶骨、股骨近端复合体的面模型,利用Abaqus 6.5进行实体建模。根据各单元CT值对有限元模型进行材料属性赋值,再根据解剖部位建立骨盆主要韧带。利用有限元分析软件Abaqus 6.5对S1椎体上终板施加600 N静载荷模拟站立位骨盆受力环境,计算特征部位位移、最大应变及von Mises应力。有限元模型在静载荷下的特征部位应力、应变值基本能够反应骨盆特有的力学结构特性,模型的准确性较高。在几何外形近似的情况下,特征材料赋值建模能够提高有限元模型的计算准确性;在有限元计算时应通过更为接近生理状况下的边界及载荷条件进行模拟以提高结果的准确性。     

基于HyperMesh建立颅底陷入合并寰枕融合畸形的三维有限元模型

目的 探讨建立颅底陷入合并寰枕融合畸形的三维有限元模型的方法。方法 采集1例颅底陷入合并寰枕融合畸形患者的颅颈交界区的CT薄层扫描数据,利用Mimics软件对CT数据进行处理,生成三维几何表面模型,并导出点云;采用逆向工程软件Imageware处理点云数据,生成三维曲面;采用四面体与六面体混合分网的思路,利用HyperMesh对曲面模型先分块再分网,最后导出网格模型;将网格模型导入有限元软件Abaqus,进行韧带添加、材料赋值、接触定义、边界约束等,得到寰枕融合畸形三维有限元模型。结果 建立的有限元模型包含474 162个单元和235 524个节点,外观逼真,几何相似性较好,可根据不同实验目的进行加载分析,对复杂载荷条件进行仿真计算。结论 利用HyperMesh等软件的前处理功能建立的颅底陷入合并寰枕融合三维有限元模型,可为颅颈交界区畸形的生物力学研究提供基础,可为上颈椎畸形有限元模型的建立提供参考。     

基于大鼠尾部悬吊实验的三维有限元模型建立与分析

针对微重力环境模拟中广泛采用的大鼠尾部悬吊实验,采用三维有限元方法,研究尾部关节在有限元建模中的必要性。应用CT扫描与计算机软件手段,采用Abaqus有限元软件建立模拟失重的大鼠尾部悬吊三维有限元模型,并在此三维有限元模型基础上计算了尾部悬吊大鼠尾部、腰椎、骨盆、股骨等部位在考虑关节软骨与未考虑关节软骨两种情况下的应力分布和位移变化情况。结果显示,考虑软骨与不考虑软骨的两种情况下,尾部悬吊大鼠各部位应力与位移分布数值差异较大,这将影响到模型的计算准确性。故在建立尾部悬吊大鼠三维有限元模型时,关节软骨的考虑是很有必要的。同时,盆骨应力分布的不对称性,提示尾吊大鼠的左右平衡水平会对大鼠应力分布造成影响。     

全颈椎有限元模型的建立与验证*

背景：有限元分析作为数值计算中的一种离散化方法,具有实验时间短、费用少、对身体无任何破坏、力学性能测试全面及可重复实验等突出优点。以往研究多将其集中应用于腰椎模型,由于颈椎解剖结构及损伤机制复杂,稳定性差等原因,颈椎有限元模型研究不多,并且研究只局限于单椎体和运动节段。 目的：建立更为真实、有效的全颈椎三维有限元模型,用于临床生物力学研究。 方法：对1名既往无颈椎病史健康男性志愿者的颈椎进行CT扫描成像,应用CAD造型软件Solid-Works2003、HyperMesh软件和ANSYS11.0软件,采用四面体网格划分方法,对颈椎周围组织赋予不同的材料特性,引入接触理论和非线性结构计算方法,建立全颈椎有限元模型。在所建模型上加载模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转6种工况下的生理活动,并与生物力学实验数据进行对比。 结果与结论：所建模型共有97 705个节点,372 896个单元。所建立模型在前屈/后伸、左右侧弯、左右旋转6种方向的运动范围,理论分析结果与生物力学实测数据高度一致。证实建立的全颈椎三维有限元模型细腻有效,具有良好的生物逼真度,可应用于临床生物力学分析。 关键词：颈椎;生物力学;有限元;三维模型;数字化骨科技术     

正常下尺桡关节三维有限元模型的建立及验证

背景：国内外学者已应用有限元分析在前臂的桡骨骨折及其固定、尺骨骨折及其固定等方面进行了生物力学评价,但还未见应用该方法对下尺桡关节进行生物力学评价相关的文献报道。 目的：建立并验证下尺桡关节三维有限元模型,用于临床的生物力学研究。 方法：将1名健康男性志愿者右肱骨远端到腕关节中段的CT和MRI图像,导入Mimics10.01和ANSYS10.0中,建立下尺桡关节三维有限元模型,模拟体外生物力学试验,在横向拉伸、轴向压缩、旋前和旋后扭转4种工况下观测下尺桡关节各结构的应力分布,所得结果与文献报道的生物力学实测数据比较验证。 结果与结论：所构建的下尺桡关节有限元模型共有333 805个单元,508 384个节点,客观反映下尺桡关节真实解剖形态。所建模型在横向拉伸、轴向压缩、旋前和旋后扭转4种工况下,理论分析结果与生物力学实测数据一致。证实所建的下尺桡关节有限元模型真实性较高,可用于生物力学分析实验。     

三维有限元腰椎节段模型上模拟拨伸按压手法的生物力学分析

背景：应用计算机技术和有限元法对传统中医推拿手法进行研究,给传统的中医推拿手法研究注入了活力。 目的：分析手法治疗腰椎间盘突出症的机制,探求符合生物力学的治疗手法,明确手法治疗腰椎疾患的安全范围。 方法：选择成年无腰椎疾患的男性志愿者,年龄28岁,身高170 cm,体质量60 kg。采用CT对L3~S1进行扫描,利用ADINA5.0构件软件,并赋予不同组织不同的材料属性,建立腰椎有限元模型,设定腰椎水平位、后伸10°位、前屈30°位状态,加载拔伸按压载荷,观察腰椎间盘、髓核和纤维环的受力改变情况。 结果与结论：在拔伸按压状态下,腰椎前屈30°椎间盘组织的位移应变和应力变化最明显,提示在设定的条件下手法治疗腰椎疾患是安全的。     

以螺旋CT数据建立的颅底三维有限元模型

背景：近年来国内外学者进行了大量生物力学实验研究,试图解释颅脑损伤的发生过程和受力大小与损伤部位的相关性。但是目前针对颅底骨折原因的研究主要是直接暴力,对于间接暴力作用于颅底后颅底的应力分布情况尚无报道。 目的：利用螺旋CT数据、三维重建软件及有限元分析软件,在普通PC机建立颅底三维有限元模型。 方法：选择正常成年女性作为建模对象,无头颈部损伤、手术及其他病史,CT扫描前进行X射线常规检查排除器质性疾病。头部螺旋CT薄层扫描后,将图像数据输入医用图像与三维重建软件MIMICS中,建立颅底的三维可视化模型。将该模型简化优化后,导入有限元分析软件ANSYS 10.0中,建立颅底的三维有限元模型。 结果与结论：建立了由额骨、蝶骨、筛骨、颞骨、枕骨等共同组成的颅底实体模型,由于成年人骨缝闭合,所以将其视为一个整体。对实体模型划分网格,得到颅底的三维有限元模型,共有51 053个单元,80 273个节点。提示所建立的颅底有限元模型外形逼真,几何相似性好,可以用来进行颅底骨折的生物力学研究。     

下肢动脉狭窄三维模型建立及流体力学计算

背景：随着计算机技术的发展,血管虚拟现实已成为可能。目的：基于CT断层图像建立下肢动脉局部狭窄的三维立体模型并进行有限元数字网格划分,用于下肢动脉局部狭窄血管的血液动力学分析。方法：采集患者下肢动脉CTA中一段局部狭窄血管的DICOM数据,在MIMICS14.0中建立三维模型,再导入到有限元软件ANSYS11.0中进行有限元模型的建立,并模拟真实血流条件下的流体力学分析。结果与结论：在MIMICS14.0软件中得到了局部狭窄血管的三维模型。在ANSYS workbench中得到了血管的有限元模型,模型节点总数7 335,单元总数为43 415。有限元计算得到了一系列的可视化的计算流体数据。表明该方法可以得到下肢动脉局部狭窄段流体力学分析所需的三维立体模型和有限元模型,得到流体力学分析所需相关数据。     

牙周膜牵张成骨术快速移动尖牙的三维有限元模型建立

背景：加速正畸牙移动速度,缩短疗程,多年来一直是国内外学者的研究热点。有学者提出了牙周膜牵张成骨的概念,是牵张成骨的一种特殊应用形式。这一方法应用于临床正畸治疗,可快速移动尖牙,显著缩短治疗时间,提高临床矫治效率,为解决疗程较长这一临床难题提供了一条新的思路。 目的：建立生物相似性和力学相似性较高的牙周膜牵张成骨术快速移动尖牙的三维有限元模型。 方法：通过64排螺旋CT扫描,获得颞下颌关节、下颌骨、下颌牙列截面影像的DICOM数据。采用Mimics软件、Geomagic Studio8.0软件、Unigraphics NX软件、Ansys11.0软件相结合的方法,建立包括颞下颌关节、下颌骨、下颌牙齿及牙周膜的牙周膜牵张成骨术快速移动尖牙的三维有限元模型。 结果与结论：实验建立了由39 060个单元,76 103个节点组成的牙周膜牵张成骨术快速移动尖牙的三维有限元模型,还可根据研究需要,添加或删除组件。     

牙齿牙周矫治装置三合一三维有限元模型的建立

背景：由于牙齿及其支持组织的外形不规则,力学性质不同的以及受力作用的复杂性等,令其受力的状态很难模拟。自Tanne首次建立上颌中切牙三维有限元模型以来,国内外相继建立了精度较高的组牙有限元模型,但结合矫治装置前牙段的三维有限元模型却少见报道。 目的：将薄层CT技术和多种图像处理软件及三维建模方法相结合,建立牙齿牙周矫治装置三合一的高精度三维有限元模型。 方法：采集1名健康女青年上颌前牙段及牙槽骨的螺旋CT扫描及原始数据,通过三维模型修饰、划分网格等程序建立起一个上颌前牙段牙齿、牙周组织(牙周膜、皮质骨、松质骨)及矫治装置(弓丝、托槽)三合一的三维有限元模型。 结果与结论：建立了上颌前牙段牙齿牙周矫治装置三合一的三维有限元模型,划分的单元采用三棱锥四面体结构,共生成 131 920个单元,194 321个节点。将薄层CT技术和多种图像处理软件及三维建模方法相结合,建立了精度较高的包括矫治系统(托槽、弓丝)的上颌前牙段及其牙周支持组织(牙周膜、皮质骨、松质骨)的三维有限元模型。该模型具有较好的几何相似性和力学相似性,适当的将牙周膜简化成可以满足分析要求,能较好的模拟临床实际情况进行力学研究,为进一步的生物力学分析和优化设计提供可靠的研究途径。