杨虎飞 1 , 林丽滢 2 , 张顺心 1 , 田恬 2 , 李晔 3 , 韩立 2,4
  • 1. 河北工业大学 机械工程学院(天津 300130);
  • 2. 天津医科大学 医学影像学院(天津 300203);
  • 3. 中国医学科学院 北京协和医院 骨科(北京 100005);
  • 4. 密歇根大学 放射科(密歇根州安娜堡 48109);
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本研究通过比较胸廓对正常脊柱和 Lenke1 型侧凸脊柱稳定性影响的差异,以期揭示胸廓对侧凸脊柱的保护作用。首先,根据 X 射线计算机断层扫描(CT)图像数据,建立了正常脊柱无胸廓(N1)、正常脊柱正常胸廓(N2)、侧凸脊柱无胸廓(S1)和侧凸脊柱变形胸廓(S2)共 4 个脊柱有限元模型(SFEMs),模型均是从第一胸椎至骶椎(T1~S)。然后,通过模态分析获得了 4 个 SFEMs 的固有振动特性。最后,通过稳态分析得到 4 个 SFEMs 在外界激励下的最大振动幅度。最终研究结果显示,与 N1 相比,N2 的 T4~T6 节段在 X  轴(冠状轴)方向、Y  轴(矢状轴)方向、Z  轴(垂直轴)方向的最大形变分别减少了 38.44%、53.80%、33.72%;与 S1 相比,S2 的侧凸节段 T4~T6 在 X 、Y 、Z  轴方向的最大形变分别减少了 44.26%、增加了 32.80%、减少了 49.23%。由此可见,对于正常脊柱来说,胸廓在 3 个方向都可以提升整个脊柱的稳定性;对于所研究的 Lenke1 型侧凸脊柱,胸廓减弱了侧凸脊柱在 X  轴和Z  轴方向上的振动,并提高了这两个方向的稳定性,而在 Y  轴方向上,由于侧凸前倾严重,变形的胸廓加剧侧凸脊柱此方向的振动并破坏此脊柱 Y  轴方向稳定性。本研究揭示了胸廓对侧凸脊柱稳定性影响的生物力学特性,对侧凸脊柱患者的日常保护方式和防护工具的研究具有指导性意义。

引用本文: 杨虎飞, 林丽滢, 张顺心, 田恬, 李晔, 韩立. 胸廓对侧凸脊柱动态响应稳定性的影响. 生物医学工程学杂志, 2019, 36(5): 769-776. doi: 10.7507/1001-5515.201812037 复制

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