脊柱腰骶段的生物力学建模及手术评价体系研究

脊椎病在我国已成为常见病和高发病，因其给病人造成的严重痛苦被医学界称为"不死的癌症"。由于脊椎本身特点及脊柱的结构复杂，手术难度和危险性很高。虽然计算机医学图像处理及三维可视化技术被应用于临床 ，但没有生物力学模型无法准确描述病变过程和成因，同时，腰椎外科的手术失败率及并发症也随之增多了,尤其是下腰椎手术的失败率和并发症大有上升趋势，急需建立手术和愈后评价体系，并科学指导病人愈后生活和工作不致疾病再犯。因此，本课题研究内容是：在前一个课题建立的脊柱和脊椎的三维几何形态统计模型的基础上，采用有限元分析方法，研究和建立脊柱腰骶段的生物力学模型及手术评价体系，为脊椎疾病的诊断、相关医学研究和手术模拟提供科学依据和参数。依据力学模型参数和评价体系，与治疗后结果进行对比，从而评判该治疗的效果，也对治疗过程提供修正的反馈，并为愈后提供指导。从理论上为腰椎疾病的诊断、治疗、手术模拟及愈后评价奠定科学基础

目前，腰椎病已经成为我国的常见病和高发病，由于脊椎本身特点及脊柱结构的复杂性，手术难度和危险性很高。因此，可靠、安全的腰椎手术技术成为大家追求的目标。但是目前还没有建立科学量化的脊柱腰骶段生物力学模型，缺乏不同年龄段腰椎的度量数据，使得腰椎疾病的诊疗和手术评价非常困难。.本课题以脊椎的医学理论为基础，有限元分析方法为工具，研究并建立脊柱腰骶段的生物力学模型，对腰椎各个部位的受力情况进行精确分析，为医学诊断的可靠性与术后评价提供参考依据。主要研究成果有：.研究改进脊椎特征点检测方法。课题组研究改进了脊椎特征点手动和半自动提取特征点，并提出了全自动特征点提取方法。.采集真实人体数据，以脊椎特征点为基础统计脊椎数据。依据协作医院提供的不同年龄，性别，病例等人体CT数据，计算包括椎孔面积、椎骨高度、椎管横径、椎管矢径、椎体横径以及椎骨椎管容积，得出了统计学结果。.利用有限元分析方法，建立脊柱腰骶段骨骼力学模型。该模型不仅能够模拟人体腰椎在多种形态下的受力情况,同时能够对比分析出腰椎在椎间盘突出，退化等腰椎疾病情况下的力学特性变化。利用模拟结果得到的数据能够为腰椎疾病的病理研究及腰椎手术康复指导提供参考数据。.研究韧带等软组织建模方法。分析腰椎骨骼和软组织的变形及受力情况是对脊椎真实情况模拟的一个关键步骤。由于韧带在CT图像上成像不明显，课题组分别从质点模型以及实际模型两种方法来模拟韧带对脊椎相关力学特性的影响。.最后，结合脊椎手术的临床需求，我们设计了脊椎模型数据库系统。该系统能够自动测量单节椎体的数据,计算脊椎的三维度量数据、形变数据等，为医学临床上脊椎病的诊疗和手术提供科学的依据。