下调Chêneau支具腰代偿弯矫正压力可获得更优的生物力学表现:基于Rigo A3型AIS张拉整体模型的有限元分析

目的构建青少年特发性脊柱侧凸的肌肉骨骼张拉整体有限元模型,模拟Chêneau支具矫正力耦合,分析骨骼、肌肉和椎间盘的力学特性。方法纳入1例Rigo A3型青少年特发性脊柱侧凸的CT数据,使用Mimics 21.0、Geomagic Studio 2017、Solid Works 2020软件,建立包含肌肉、骨骼、椎间盘的AIS张拉整体有限元模型。使用Ansys Workbench 19.0模拟Chêneau支具经典的三点力耦合、反重力和Bengding等机制,观察张拉整体中骨骼、肌肉和椎间盘力学特性。再根据前期课题组的临床研究结果,逐渐下调腰代偿弯的矫正力,综合评价符合引导脊柱对称生长的Chêneau支具矫正力耦合。结果本研究构建了包括肌肉、椎间盘、骨骼的张拉整体的模型,经验证有效后进行模拟。模拟中发现:当Chêneau矫正力耦合达到最大矫正压力阈值时,主胸弯的Cobb矫正率、顶椎的椎间隙高度与椎间盘应力的凹凸比值最佳;然而,近胸弯Cobb角加重,肌肉的轴向力凹凸比值失衡。当腰代偿弯区域的矫正力逐步下调至25%最大阈值时,主胸弯曲线的矫正率随着之略降低,但近胸弯Cobb角未加重,椎间盘、侧肌肉的轴向力凹凸比值则更趋平衡。结论在AIS整体张拉的模型模拟中,将Chêneau支具代偿性腰弯的矫正力下调,可获得更优的张拉整体的生物力学表现,这提示对打破主胸弯进展的恶性循环模式、引导脊柱良性生长有益。