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青年特发性休门氏病胸腰段后凸畸形的有限元模型构建及下腰痛生物力学风险因素研究
1
作者
陈芳
陈泓宇
+2 位作者
陈亮
成浩
王明俊
《中国运动医学杂志》
北大核心
2025年第4期264-271,共8页
目的:建立青年特发性休门氏病(Scheuermann’s disease,SD)胸腰段后凸畸形(thoracolumbar kyphosis,TLK)的有限元模型,验证该模型的有效性,并进行有限元分析,探究休门氏病导致下腰痛的关键力学因素。方法:招募TLK患者(26岁)和健康人(30...
目的:建立青年特发性休门氏病(Scheuermann’s disease,SD)胸腰段后凸畸形(thoracolumbar kyphosis,TLK)的有限元模型,验证该模型的有效性,并进行有限元分析,探究休门氏病导致下腰痛的关键力学因素。方法:招募TLK患者(26岁)和健康人(30岁)各1名。首先,基于Mimics软件对脊柱DICOM数据进行三维重建,之后在Geomagic Studio 2017软件中进行曲面修复与拟合,3-matic软件建立各节段椎间盘和上下终板模型,Hypermesh 2017软件进行体网格划分和构建相关韧带单元,最后用ANSYS软件对TLK患者和健康人T8S1脊柱节段的有限元模型进行静力学模拟。基于力学数据验证模型的有效性后,计算两组人群在同等约束与载荷作用下的各节段椎体、椎间盘及关节软骨的应力、应变分布。结果:1)TLK患者和健康人脊柱T8S1节段力学分布差异较大,健康人脊柱峰值应变为1.62 mm,TLK患者峰值应变为6.97 mm,高出健康人330.2%;TLK患者峰值应力为10.51 MPa,健康人峰值应力为9.07MPa,TLK患者高出健康受试者16.0%;2)二者椎体峰值应力均分布于L5节段,健康人为9.07 Mpa,TLK患者为10.51 MPa,TLK患者高于健康人15.8%。TLK患者各节段椎体上应力分布较健康人明显不均匀,并在L2、L3和L4节段椎体的椎弓根和椎板位置均出现较大的应力集中现象;3)TLK患者椎间盘上峰值应力均高于健康人,在L5/S1节段最为明显,健康人峰值应力为0.16 Mpa,TLK患者峰值应力为0.78 Mpa,高出健康人387.5%;4)TLK患者关节突软骨应力分布明显较健康人异常,健康人峰值应力发生于L5/S1节段,峰值为1.53 MPa。而TLK患者峰值应力发生于L1/L2节段部位,峰值为7.44 Mpa,TLK患者高于健康人14.18倍。结论:本研究验证了TLK有限元模型的有效性,可将该模型用于TLK疾病相关研究。TLK患者与健康人脊柱整体应力、应变分布区域和峰值大小存在着较大差异,其中,腰椎L1S1节段椎体、椎间盘及关节软骨等部位的局部应力集中较为明显,在长期的异常力学作用下,可能会加速腰椎的退行性病变和下腰痛的并发风险。
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关键词
休门氏病
胸腰段后凸畸形
下腰痛
有限元分析
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职称材料
题名
青年特发性休门氏病胸腰段后凸畸形的有限元模型构建及下腰痛生物力学风险因素研究
1
作者
陈芳
陈泓宇
陈亮
成浩
王明俊
机构
南京大学医学院附属泰康仙林鼓楼医院康复医学科
上海交通
大学
医学院
附属
第九人民
医院
骨科
浙江
大学
医学院
附属
金华
医院
脊柱外科
出处
《中国运动医学杂志》
北大核心
2025年第4期264-271,共8页
基金
泰康仙林鼓楼医院院内课题资助(TKKYYB20236207)。
文摘
目的:建立青年特发性休门氏病(Scheuermann’s disease,SD)胸腰段后凸畸形(thoracolumbar kyphosis,TLK)的有限元模型,验证该模型的有效性,并进行有限元分析,探究休门氏病导致下腰痛的关键力学因素。方法:招募TLK患者(26岁)和健康人(30岁)各1名。首先,基于Mimics软件对脊柱DICOM数据进行三维重建,之后在Geomagic Studio 2017软件中进行曲面修复与拟合,3-matic软件建立各节段椎间盘和上下终板模型,Hypermesh 2017软件进行体网格划分和构建相关韧带单元,最后用ANSYS软件对TLK患者和健康人T8S1脊柱节段的有限元模型进行静力学模拟。基于力学数据验证模型的有效性后,计算两组人群在同等约束与载荷作用下的各节段椎体、椎间盘及关节软骨的应力、应变分布。结果:1)TLK患者和健康人脊柱T8S1节段力学分布差异较大,健康人脊柱峰值应变为1.62 mm,TLK患者峰值应变为6.97 mm,高出健康人330.2%;TLK患者峰值应力为10.51 MPa,健康人峰值应力为9.07MPa,TLK患者高出健康受试者16.0%;2)二者椎体峰值应力均分布于L5节段,健康人为9.07 Mpa,TLK患者为10.51 MPa,TLK患者高于健康人15.8%。TLK患者各节段椎体上应力分布较健康人明显不均匀,并在L2、L3和L4节段椎体的椎弓根和椎板位置均出现较大的应力集中现象;3)TLK患者椎间盘上峰值应力均高于健康人,在L5/S1节段最为明显,健康人峰值应力为0.16 Mpa,TLK患者峰值应力为0.78 Mpa,高出健康人387.5%;4)TLK患者关节突软骨应力分布明显较健康人异常,健康人峰值应力发生于L5/S1节段,峰值为1.53 MPa。而TLK患者峰值应力发生于L1/L2节段部位,峰值为7.44 Mpa,TLK患者高于健康人14.18倍。结论:本研究验证了TLK有限元模型的有效性,可将该模型用于TLK疾病相关研究。TLK患者与健康人脊柱整体应力、应变分布区域和峰值大小存在着较大差异,其中,腰椎L1S1节段椎体、椎间盘及关节软骨等部位的局部应力集中较为明显,在长期的异常力学作用下,可能会加速腰椎的退行性病变和下腰痛的并发风险。
关键词
休门氏病
胸腰段后凸畸形
下腰痛
有限元分析
Keywords
Scheuermann’s disease
thoracolumbar kyphosis
low back pain
finite element analysis
分类号
R318.01 [医药卫生—生物医学工程]
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作者
出处
发文年
被引量
操作
1
青年特发性休门氏病胸腰段后凸畸形的有限元模型构建及下腰痛生物力学风险因素研究
陈芳
陈泓宇
陈亮
成浩
王明俊
《中国运动医学杂志》
北大核心
2025
0
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