腰骶部生物力学评价及计算机辅助仿生研究

As a new technology, lumbosacral non-fusion technology simulation design has a very broad prospects for fusion non-fixtures. Lag and the lack of high-resolution CT data, the lumbosacral three-dimensional dynamic model to the lack of effective software support computer-aided design. Retention disc of the lumbosacral anterior non-fusion surgery requires the support of the lumbosacral region of three-dimensional dynamic model. The subject of the use of bio-mechanical tests, 640 layer of Aquilion ONE dynamic volume CT, Ansys software upgrade software facilities proposed health and degeneration of the lumbar spine specimens biomechanical testing and dynamic imaging measurement: healthy population and lumbar degeneration in patients with lumbosacral dynamic imaging measurements and clinical score; preparation software, the segment of lumbosacral function simulation mathematical model; calculated using a simulation mathematical model, the degeneration of the specimen group mechanical differences, optimizing fixation device design.Calculation of the normal biomechanical differences of the test group and the lesion group vertebrae and the anterior column of mechanical compensation for dynamic load of the lesions, and to create a design platform for surgery of patients with lumbar diseases.

腰骶部非融合固定装置的仿真设计作为一种新技术具有非常广阔的前景。计算机辅助设计的滞后以及高分辨率CT数据的缺乏，使腰骶部三维动态模型的建立缺乏有效的软件支持。保留椎间盘的腰骶前路非融合手术需要腰骶部三维动态模型的支持。课题利用生物力学试验，Aquilion ONE 640层动态容积CT，经升级的Ansys软件等强大的软件设施，拟进行：1.分别对健康和退变的腰椎标本进行生物力学测试和动态影像学测量；2.对健康人群和腰椎退变患者进行腰骶部动态影像学测量和临床评分；3.用编制软件建立腰骶椎功能节段的仿真数理模型；4.用仿真数理模型计算退变标本组的力学差异，优化非融合固定装置的设计。计算正常受试组与病变组椎节的生物力学差异和前柱力学补偿对病变组动态载荷的影响，为腰椎患者虚拟手术设计建立平台。

腰椎退变性疾病是临床常见病和多发病，多见于中老年人群中。目前治疗的金标准是采用椎间融合，然而众多研究表明，术后持续存在或症状缓解一段时间后又会重新出现原有的腰痛症状和/或下肢放射痛导致腰椎术后失败综合症(FBSS)。为了更好地预防术后邻近节段的退变和FBSS的发生，人们创新了基于椎间盘和椎弓根钉的非融合系统，它们的部分早期临床结果令人满意，但长期疗效还有待于验证。腰椎多节段椎间盘退变时，每个退变节段的退变与失稳程度都不一样，有学者提出多节段椎间盘退变的一期手术治疗应包括融合、非融合或两者同时应用的混杂固定。本研究根据健康人薄层CT扫描图像，建立健康人三维有限元模型并进行了有效性验证，为研究腰骶部椎间盘退变对腰骶部生物力学影响提供有效的方法和途径。进而在健康有限元模型的基础上，通过改变椎间盘的材料及几何属性建立了腰骶部椎间盘(L4/5及L5/S1)不同程度退变的有限元数理模型，研究退变腰椎在前屈后伸、左右侧屈和轴向旋转时其活动度(ROM)、纤维环Von mises应力分布和位移云图与髓核内压强的变化情况。这些研究为腰骶前路保留椎间盘动态稳定装置的改进完善和临床实践积累大量数据与提供理论支撑。