未来骨科医工融合—文献集萃（九）使用四维规划模拟系统结合有限元分析预测青少年特发性脊柱侧弯预弯棒的手术效果：时空形态学矫正技术

发布日期： 2024-11-07 14:59:48 阅读量： 14

尚华清（中国科学院深圳先进技术研究院）

摘要

本文提出了一种四维（4D）手术模拟系统，结合预弯钴铬合金棒和有限元分析（FEA），以预测青少年特发性脊柱侧弯（AIS）矫正术后的脊柱对齐情况。研究对47例患者进行了前瞻性评估，模拟结果与实际手术后的脊柱对齐显著相关。系统有效预测了术后Cobb角、胸椎后凸等参数，精度达±5°范围内，为术前计划提供了有力支持，有助于减少手术时间和风险。

方法

研究通过采集术前CT数据生成个体化三维脊柱有限元模型，模拟预弯金属棒的插入及旋转过程，评估术后椎体旋转和负载分布。模拟中使用了11种不同长度和形状的预弯棒，结合力学分析，评估术后应力和螺钉的拔出力。手术模拟包括多级小关节切除和螺钉安装，模拟条件基于实际手术操作。

总结

研究证明了4D手术模拟系统的可行性和准确性，通过预弯棒的术前假设优化术后脊柱对齐，减少手术时间和术后并发症风险。尽管模型在模拟未受器械限制的节段时存在一定误差，但整体符合临床预期。未来需进一步改进模型的生物力学参数，以提升预测准确性和适用范围。

创新点

1. **4D模拟技术**：结合时间和空间的四维变化，模拟手术操作后的脊柱形态变化。

2. **个体化有限元分析**：基于患者特异性数据，进行术前和术后对比，提升预测精度。

3. **预弯棒应用**：采用11种预弯棒形状，实现不同患者的个体化矫正方案，有助于术后解剖学重建。

4. **螺钉负载分析**：通过模拟螺钉的应力和拔出力，提供术中决策参考，避免术后固定失效。