缺损手舟骨三维形状预测及有限元生物力学评估

目的手舟骨在维持手腕纵向稳定性方面起着关键作用,因此也是腕部骨折率最高的骨骼。由于缺血性坏死造成骨骼的部分几何信息缺失,是影响手术治疗效果的关键因素。本研究提出了一种基于迭代核主多项式形状分析(i KPPSA)方法,从缺损手舟骨数据中预测其完整形状,并使用有限元模型对其生物力学性能进行评估。方法研究使用65套手舟骨图像集训练i KPPSA模型,并使用9套图像通过有限元分析进行生物力学验证(包括结节、近极损伤和血管性坏死)。i KPPSA通过增强数据特征的表征,并通过迭代确定预测模型的最佳特征量。仿真模拟在解剖部位的固定支撑下,沿远端手舟骨(STT)关节的参考点施加1.6 k N低能和4.0 k N高能负荷,并对最大应力及其相应位置进行分析,以衡量i KPPSA的准确性和临床适用性。结果和结论基于i KPPSA的手舟骨形状预测模型具有显著的鲁棒性,其通用性为0.264 mm,特异性为0.260 mm,优于传统基于PCA的模型。在生物力学评估方面,i KPPSA模型精确地重现了原始手舟骨的力学响应。当应力作用于大多角骨面时,i KPPSA模型预测的手舟骨的力学性能略有下降,但当应力分布于小多角骨面或整个STT关节时,手舟骨的力学性能则更好。本研究结果可以有效地融入手舟骨骨折术前计划与术后评估,或其他基于形态的骨骼生物力学建模中。