脊柱侧凸支具不同的矫形力学机制对单腰弯的矫形效果和患者舒适度影响的有限元研究

目的现有脊柱侧凸支具治疗研究模型简单,无法研究矫形力对皮肤、内脏的影响,且尚未明确支具不同的矫形力学机制对矫形结果的影响,无法针对矫形目标选取合适的支具。本研究旨在使用内脏结构完整的人体模型,研究支具不同的矫形力学机制对矫形效果和舒适度的影响,从而优化脊柱侧凸支具治疗。方法以丰田公司研发的THUMS人体模型为基础,使用一位女性单腰弯患者的CT数据,对脊柱进行三维调整,从而获得单腰弯模型。基于常见治疗腰弯的全日型支具的矫形力学机制,即(1)三点力;(2)三点力和抗旋转;(3)三点力和拉伸,分别建立3种支具模型,并利用LS-DYNA模拟在患者身上安装支具进行矫形。利用有限元分析计算冠状面、矢状面椎体偏移,水平面椎体旋转,皮肤、内脏和腹壁膜压力,从而评价矫形效果和舒适度。结果仅三点力无法矫正矢状面、水平面畸形。加入抗旋转力或拉伸力后可实现三维矫形,但拉伸力对于水平面的矫正效果劣于抗旋转力,且腋下皮肤受压明显,而抗旋转力的加入使内脏及腹壁膜的压力明显升高。结论本研究使用的仿真模型可用于分析支具矫形力对于皮肤、内脏的影响,仿真结果表明不同矫形力学机制对于矫形效果和舒适度有不同影响,有助于针对患者情况进行个性化支具治疗。