PUMCⅡd1型青少年特发性脊柱侧凸三维有限元模型的建立

背景：建立高质量的有限元模型是进行生物力学分析研究的重要基础,完整的青少年特发性脊柱侧凸三维有限元模型报道甚少。 目的：建立PUMCⅡd1型青少年特发性脊柱侧凸三维有限元模型,为特发性脊柱侧凸的生物力学分析提供有效的数字化平台。 方法：采集1 例14岁PUMCⅡd1型特发性脊柱侧凸女性志愿者从T1至骶尾骨的CT 断层图像,将CT数据导入Mimics 16.0医学三维重建软件中,建立包括胸廓结构的完整脊柱侧凸三维几何模型。再将几何模型以点云格式导入Geomagic Studio 11.0软件中,对三维模型进行光滑、打磨、去噪等一系列图像处理,生成特发性脊柱侧凸三维有限元模型。最后导入ANSYS 14.0有限元分析软件中添加韧带、设置单元类型和定义材料属性,生成完整的特发性脊柱侧凸三维有限元模型。 结果与结论：成功建立了完整的PUMCⅡd1型特发性脊柱侧凸三维有限元模型,包括四面体单元522 887个和杆单元730个,共计523 617个单元,159 008个节点。试验建立了外形逼真的PUMCⅡd1型特发性脊柱侧凸三维有限元模型,为进一步的生物力学分析提供了可靠的数字化模型。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

家族性特发性脊柱侧凸遗传学研究进展与前景

青少年特发性脊柱侧凸在青少年人口中发病率占 2 %～ 3% ,但其发病的原因不很明确。进展性家族性特发脊柱侧凸的基因遗传作用虽然己有文献报道 ,但确切的基因遗传模式一直没有定论。临床中特发性脊柱侧凸各种各样的表型提示其病因可能为多因素相互作用的结果 ,解决这一问题的研究策略有二 :1对散发家系进行广泛的基因组扫描 ;2对家族性特发性脊柱侧凸多个患者进行单体型连锁分析     

家族性特发性脊柱侧凸遗传学研究进展与前景

青少年特发性脊柱侧凸在青少年人口中发病率占2%-3%，但其发病的原因不很明确，进展性家族性特发脊柱侧凸的基因遗传作用虽然已有献报道，但确切的基因遗传模式一直没有定论，临床中特发性脊柱侧凸各种各样的表型提示其病因可能为多因素相互作用的结果。解决这一问题的研究策略有二；（1）对散发家系进行广泛的基因组扫描；（2）对家族性特发性脊柱侧凸多个患进行单体型连锁分析。     

青少年特发性脊柱侧凸腰主弯患者腰椎-骨盆的生物力学分析

文题释义： 青少年特发性脊柱侧凸：为脊柱三维平面上的畸形,会导致青少年脊柱结构发生明显的改变,结构的改变会导致椎骨及椎间盘应力发生相应的改变,且腰椎、骨盆在人体中的力学作用极为重要,青少年时期为人体脊柱生长发育的高峰期,脊柱结构及应力的改变在该时期的进展尤为明显。 背景：青少年特发性脊柱侧凸导致脊柱结构和应力发生改变,腰椎在脊柱中承受的载荷最大,骨盆也起着传导重力的作用,故青少年特发性脊柱侧凸腰主弯患者腰椎骨盆的生物力学分析尤为重要。 目的：建立青少年特发性脊柱侧凸腰主弯腰椎-骨盆三维数字化模型并进行有限元分析。 方法：根据1例13岁女性特发性脊柱侧凸腰主弯患者的腰椎-骨盆CT薄层数据,应用Mimics 15.0软件重建三维数字化模型,以Pro/E 5.0软件建立初步几何模型并导入Hypermesh 13.0进行网格划分,最终通过Abaqus 6.14软件对该模型进行有限元分析。分析有限元模型在6种载荷条件下的位移、应力变化及该模型各椎体及椎间盘的应力变化。患者家属对试验方案知情同意,且得到医院伦理委员会批准。 结果与结论：①建立了青少年特发性脊柱侧凸腰主弯患者的腰椎-骨盆的三维有限元模型;②模型在6种载荷条件下,L₁椎体上部在左、右侧屈时位移变化最大,骶骨下端在前屈时位移最大;③椎间盘右缘在右侧屈运动条件下所受应力最大;前屈位时,腰椎间盘所受应力为前缘最大,左缘所受应力最小;后伸位时后缘所受应力最大,而右缘所受应力最小;侧屈位及旋转位时,右缘所受应力最大,前缘所受应力最小;④L₅在6种运动中应力均最大,其中应力集中于上下关节突及椎弓根,尤其以右侧最为集中;⑤提示青少年特发性脊柱侧凸不同载荷会引起椎体或椎间盘不同位置受力及位移有相应变化,研究结果对脊柱侧凸的治疗和预防具有重要意义。 ORCID: 0000-0001-5810-6674(张聪) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

Lenke 1型青少年特发性脊柱侧凸与正常脊柱有限元模型建立与分析*

目的：建立青少年正常与Lenke 1 型侧凸脊柱三维模型,利用有限元方法分析脊柱受力情况,观察并分析 侧凸脊柱生物力学分布规律,用于评估脊柱侧凸的潜在发生机制。方法：收集内蒙古地区青少年正常胸腰CT资料, 选择13 岁正常青少年和15 岁脊柱侧凸（ 胸主弯,Lenke 1 型）青少年各一例,利用Mimics 及Ansys 软件分别对 脊柱三维模型进行重建并进行有限元分析,测量胸腰段脊柱各部位应力集中部位及比较其差异。结果：正常脊柱 应力、应变主要集中在中柱和后柱,侧凸脊柱应力应变主要集中在凹侧,椎间盘亦是如此。青少年正常脊柱应力 主要集中在中柱和后柱部分,应变主要集中在椎间盘部分。青少年特发性脊柱侧凸（AIS）的应力集中在椎体弯 曲的凹侧。纵观整个脊柱,从上端椎以上至下端椎以下,应力和应变的分布水平面移动,说明AIS 患者在发展过 程中存在椎体旋转,椎体旋转改变了应力与应变分布。 结论：AIS 的应力集中在脊柱弯曲的凹侧,应变主要集中 在椎间盘部分,应力与应变在弯曲的凹侧最明显,且顶椎最明显。椎骨和椎间盘上的不对称载荷可能是导致侧凸 起源和进展的原因之一。     

三维数字化手术设计在青少年特发性脊柱侧凸个性化手术中应用

目的　探讨青少年特发性脊柱侧凸数字化虚拟手术设计系统建立的方法及其在临床应用中的价值。 方法 选取1例青少年特发性脊柱侧凸患者,经16排螺旋CT扫描获取影像数据。采用Mimics 16.01软件对脊柱侧凸影像数据进行三维重建,并对三维重建模型进行数字化三维测量及置钉手术模拟。测量固定内植物的长度、横径及方向,模拟手术经过并在临床应用中使用术前模拟数据。 结果 重建出青少年特发性脊柱侧凸的三维数字化虚拟可视模型,配准虚拟螺钉和椎弓根-肋骨复合体的位置,使虚拟螺钉不穿透椎弓根内侧皮质及椎体前缘,设定完整的手术方案。利用术前规划方案进行手术,手术置钉效果满意,无螺钉穿透椎体前缘皮质和椎管皮质。 结论 验证了特发性脊柱侧凸手术术前三维数字化手术设计并制定手术方案,可以显著提高手术成功率。     

轻度青少年特发性脊柱侧凸有限元模型构建及分析

目的　构建轻度青少年特发性脊柱侧凸患者的有限元模型,验证该模型的有效性,并进行有限元分析。 方法　建立1例轻度青少年特发性脊柱侧凸患者第6颈椎至第5腰椎的有限元模型,从几何形态及力学两方面对该模型进行有效性验证。分析该有限元模型在模拟前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋转、右旋转6种运动状态下,各椎体的应力变化。 结果　成功构建了轻度青少年特发性脊柱侧凸患者的有限元模型,模型总节点数为2561811个,总单元数为1547806个,并验证了该模型有效。模拟后伸、旋转活动时,畸形最明显处的椎体应力变化趋势与静态时相反。 结论　本实验所构建的轻度青少年特发性脊柱侧凸有限元模型有效,可进一步用于该疾病的相关研究。     

青少年特发性脊柱侧凸的脊柱后路矫形及其影响因素

背景：后路矫形是治疗青少年特发性脊柱侧凸较为有效的方法,但目前关于青少年特发性脊柱侧凸患者后路矫形后脊柱高度的矫正程度及其影响因素鲜见报道。 目的：分析后路矫形对青少年特发性脊柱侧凸患者的脊柱矫形效果及其影响因素。 方法：回顾性分析青少年特发性脊柱侧凸患者346例的病历资料,其中单弯组203例,双弯组143例。测量患者矫形前后脊柱侧弯Cobb角和脊柱高度,采用逐步筛选回归法分析探讨性别、年龄、体质量、治疗前脊柱高度、治疗后脊柱高度、治疗前Cobb角、Cobb角矫正值、Cobb角矫正率、融合节段数、脊柱单弯或双弯、Lenke分型与矫形后脊柱高度增加值的关系。 结果与结论：单弯组和双弯组患者矫形后的Cobb角均显著小于矫形前(P < 0.05),脊柱高度显著高于矫形前(P < 0.05),随着矫形前Cobb角的增加Cobb角减少值(?Cobb)和脊柱高度增加值(?SH)均显著增加(P < 0.05)。多元线性回归分析结果显示Cobb角矫正值、治疗前Cobb角、治疗后脊柱高度、Lenke分型、脊柱单弯或双弯、年龄对治疗后脊柱高度增加值(?SH)有显著性影响(P < 0.01),其中Cobb角矫正值是最大的影响因素。提示后路矫形对青少年特发性脊柱侧凸有显著的脊柱矫形效果,影响治疗后脊柱高度增加值的影响因素包括Cobb角矫正值、治疗前Cobb角、治疗后脊柱高度、Lenke分型、脊柱单弯或双弯、年龄。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程      

青少年特发性脊柱侧凸的支具治疗相关研究进展

正青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)~([1]),或称迟发性脊柱侧凸,是由脊柱在冠状平面发生异常弯曲而旋转,伴随着椎体旋转,使得患者的脊柱形成弧度状态的一种疾病,没有任何明确病因。AIS是指一种结构性的、横向的弯曲,是脊柱的侧偏移~([2]),右侧胸廓曲线是其最常见的临床特征之一。青少年是AIS高危人群,许多临床医生和研究     

脊柱侧凸有限元模型的建立和参数优化

脊柱侧凸种类繁多,为了建立特定患者脊柱的三维有限元模型,并进行生物力学相关的侧凸治疗、病因和病理等研究,参数优化是一个重要的步骤.本文采用螺旋CT扫描收集脊柱侧凸患者的几何学数据,通过系列的图像处理软件和有限元分析软件,建成脊柱侧凸的三维有限元分析模型.该模型初始的材料属性和皮质骨厚度来自文献.其后赋予模型不同材料属性和皮质骨厚度,模拟左、右侧曲试验.首先将计算的结果与临床试验对照,应用SPSS软件进行正交设计数据处理,实现模型材料性质和皮质骨厚度的参数优化.然后再利用优化后模型模拟侧屈和牵引实验,计算结果和临床实验进行对照.结果显示材料性质和皮质骨厚度优化后的模型,其生物力学行为和临床一致.因此,在初步建立的脊柱侧凸的有限元模型的基础上,进行参数优化后的模型有助于深入了解个体的侧凸脊柱的生物力学特征.     

基于模糊逻辑青少年特发性脊柱侧弯矫形器设计专家系统的设计与实现

背景:近年来人工智能技术已广泛应用于医疗各领域,有效地辅助医生进行患者的诊疗操作。在青少年特发性脊柱侧弯的保守治疗中,将人工智能技术应用于青少年特发性脊柱侧弯矫形器的辅助设计,从而缩短矫形器的开发周期。目的:设计并实现一款基于模糊逻辑的青少年特发性脊柱侧弯矫形器设计专家系统(SODES),借助该专家系统,实现快速、有效地辅助医生设计青少年特发性脊柱侧弯矫形器的目的。方法:借助专家系统工具C Language Integrated Production System(CLIPS)与C++混合编程开发了SODES。SODES的主要的功能模块包括模糊推理机、议程、知识库管理系统、知识库、事实库、解释器、人机接口。针对于青少年特发性脊柱侧弯矫形器设计过程中存在的不确定性信息,通过模糊集实现了青少年特发性脊柱侧弯矫形器设计的知识表达,并通过基于可信度的模糊推理实现了SODES的推理。最后,通过2例青少年特发性脊柱侧弯患者的诊疗实例,验证了基于模糊逻辑的SODES设计方法的可行性。结果与结论:①SODES提高了50%的青少年特发性脊柱侧弯矫形器的设计效率,且其推理值与领域专家实际操作值的偏差率均小于10%;②结果表明,通过SODES可以辅助医生快速、有效地设计青少年特发性脊柱侧弯矫形器。     

青少年特发性脊柱侧凸矫形手术肩平衡评价指标的研究进展

青少年特发性脊柱侧凸（AIS）是一种常见的青少年脊柱畸形,其发病原因不明,外科矫形手术是治疗AIS的常规手段。随着AIS矫形技术的不断发展,术后肩平衡问题也越来越受到外科医师及患者的关注。一直以来,AIS矫形手术肩平衡的评价指标缺乏统一标准,给术前制定手术方案及术后评价肩平衡矫形效果带来困难。目前相关研究多集中于对AIS术前及术后影像学指标、外观指标及患者主观感知度进行评价,以期获得各项指标与肩平衡的相关性,最终指导临床实践。本文回顾了近年来发表的相关文献,通过综述相关指标（影像学指标、外观指标及患者主观感知度）与AIS矫形手术肩平衡相关性的研究进展,为今后临床及基础研究提供参考。     

Finite element analysis of the scoliotic spine under different loading conditions

The role of the vertebral body's rotation and the loading conditions of the brace has not been clearly identified in adolescent idiopathic scoliosis. This study aimed to implement a finite element (FE) model of C-type scoliotic spines to investigate the influence of different loading conditions on variations of Cobb's angle and the vertebral rotation. The scoliotic FE model was constructed from C7 to L5, and its geometry was the right thoracic type (37.4°) with an apex over T7. Three loading conditions included a medial-lateral (ML) and anteroposterior (AP) force with a magnitudes of 100-0, 80-20 and 60-40 N. Those forces were respectively applied over the 6th, 7th and 8th ribs. According to an analysis of Cobb's angle, the 100 N ML force that was applied over the 8th rib could achieve the best correction effect. Furthermore, the ML force was dominant in alterations of Cobb's angle, whereas the AP force was dominant in alterations of the axial vertebral rotation. Additionally, the level below the apex was the most appropriate level to apply the force to correct C-type scoliosis.     

基于3D打印技术选择性椎弓根螺钉治疗青少年特发性脊柱侧凸

BACKGROUND: Three-dimensional (3D) printing has been popular for preoperative planning, and has been extensively used in bone tumor resection and pelvic fractures achieving satisfactory treatment outcomes. However, seldom used in adolescent idiopathic scoliosis.