Lenke3型成人特发性脊柱侧凸有限元模型的参数修正及有效性验证

摘要

背景：作者利用Mimics等有限元软件成功建立了Lenke3型成人特发性脊柱有限元模型,但模型是否最大程度的符合个体化患者的真实情况,需要进一步进行模型修正及有效性验证.目的：利用有限元分析软件对Lenke3型成人特发性脊柱有限元模型进行修正及有效性验证.方法：根据Lenke3型成人特发性脊柱侧凸模型的特点,利用三因素三水平正交试验优化有限元模型,使模型特点最大程度的接近真实,通过模拟左右侧屈实验,分段加载选取T1-T4、T5-T8、L6-S1（骶椎腰化）节段分别模拟左右侧屈、前屈后伸,左右旋转活动度与体外Busscher、Yamamoto实验进行对比研究,多方位验证模型有效性.结果与结论：①根据正交实验计算各因素各水平的平均差异和极差R,最后计算出A1B2C3的最佳组合可使模拟实验结果最符合个体的真实情况,使得有限元模拟实验结果与患者临床真实情况的差异最小.临床侧屈试验和参数修正前模型模拟的Cobb角度的变化差异值为54.44°,经过参数修正后模型的差异值减小为2.11°.修正后模型各侧凸Cobb角的最大差异为4.29°;②修正后的模型与仰卧左右侧屈位X射线片对比,2组配对数据均服从正态分布,故利用配对t检验进行计算,左侧屈时,P=0.082,P〉0.05;右侧屈时,P=0.421,P〉0.05;仰卧位P=0.160,P〉0.05;③修正后的模型T1-T4节段各个方向的ROM：左屈3.25°,右屈3.32°,前屈2.52°,后伸2.89°,左侧旋转3.73°,右侧旋转3.76°,T5-T8节段各个方向的ROM：左屈1.39°,右屈1.43°,前屈1.35°,后伸1.34°,左旋2.09°,右旋2.11°;L6/S1节段各个方向的ROM：左屈5.17°,右屈5.19°,前屈8.92°,后伸7.35°,左旋1.41°,右旋1.42°,获得的结果与Busscher及Yamamoto等的实验结果进行比较,结果基本吻合;④结果提示,通过对初始模型进行参数修正处理,使得模型与患者真实的材料属性基本符合.修正后的模型具有较好的可靠性和有效性,为下一步模拟临床手术操作提供了有效的数据平台.