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目的:通过螺旋CT连续扫描,获得退变性腰椎侧弯伴骨质疏松患者的CT影像学资料,导入计算机辅助工程软件进行图像处理分析,建立ADLS伴骨质疏松患者的有限元模型,依据有限元模型材料添加材料属性,并对材料属性和有效性进行验证,在修正好的模型上行不同内置物装置(骨水泥椎弓根螺钉和普通椎弓根螺钉以及矫形棒),但同节段相同的手术方式。了解各部分受力和矫形效果。 方法:收集我院1例典型骨质疏松腰1椎体骨折志愿患者,成功获取骨质疏松患者行骨水泥椎弓根螺钉内固定病例的完整Dicom格式的CT图像。利用mimics软件将CT扫描的骨水泥影像资料提取,获得骨水泥团的外部三维轮廓数据,利用该软件的打磨,光滑、曲面片编辑及格栅,最终形成三维实体的骨水泥团块模型。利用SolidWorks画图软件根据工程尺寸绘制骨水泥椎弓根螺钉和普通椎弓根螺钉(规格6.0mm*45mm)的形状,并成功完成置钉椎体椎弓根测量,选择的椎弓根螺钉的钉体直径经测量未超出置钉椎体椎弓根范围(置钉对象模型来自2014级研究生成功采集并建模生成的退行性腰椎侧凸患者肖某的有限元模型)。再分别进行了两种实验的装配。将前面已绘制好的两种椎弓根螺钉三维模型在soldworks中分别置入腰1-腰5椎体中,并调整相应的位置,同时将上述得到的骨水泥团也相应放到骨水泥椎弓根螺钉组指定位置,模拟2ml骨水泥。建立骨质疏松DLS志愿患者,分别应用传统椎弓根螺钉和骨水泥椎弓根螺钉术后的两个完整三维有限元模型。将获得432张Dicom格式原始断层图像导入Mimics17.0三维有限元重建软件中。实验通过建立骨组织结构、椎间盘结构、椎间韧带、前纵韧带、后纵韧带、黄韧带及横突间韧带。首先根据骨组织的阈值提取骨组织的轮廓信息并建立三维模型,再逐层对其进行几何清理、网格划分及模型优化处理。将优化处理建立好的的整体模型通过为相应的组织结构添加不同的组织材料属性,最终建立完整的骨质疏松DLS患者术后的三维有限元模型。 结果:实验建立了包括椎弓根螺钉、腰椎椎体(L1-L5)、椎间盘及相应的韧带结构的成人骨质疏松DLS患者的有限元模型。以及两种手术模拟的椎弓根螺钉。普通椎弓根螺钉组;四面体单元838964个,线缆单元164个。骨水泥椎弓根螺钉组:四面体单元827914个,线缆单元164个。材料性质14种。并测量出两种矫正方式各节段椎弓根螺钉、椎体、矫形棒、腰椎间盘在站立位时的受力情况。 结论:模拟了两种手术方案,并对两种手术方案进行矫形测量,分析了两种矫形方案螺钉、椎间盘、椎体的应力和位移,骨水泥螺钉相比于普通椎弓根螺钉在退行性腰椎侧弯伴骨质疏松患者的矫形中优势性更强。Case1普通椎弓根螺钉腰1-腰5双侧置钉矫形率为29.2%。椎间盘最大应力为0.37422Mpa,椎体最大应力27.858Mpa。螺钉最大应力342.6Mpa。椎体最大位移14.573mm。螺钉最大位移12.138mm。Case2骨水泥椎弓根螺钉腰1-腰5双侧置钉,矫形率为37.9%。椎间盘最大应力为0.14437Mpa。椎体最大应力34.964Mpa。螺钉最大应力275.18Mpa。椎体最大位移18.003mm。螺钉最大位移12.629mm。