畸形枕寰枢复合体不同手术状态下生物力学特征研究

论文摘要

枕寰枢复合体位置重要、结构特殊，在人体头部运动中起到着至关重要的作用。临床医学研究表明，国人枕寰枢复合体区域的相关病变多发生在先天骨性畸形的基础上，先天畸形和手术操作引起的生物力学特性改变和变化过程尚不清楚，目前缺乏基础研究。临床上主要通过观察和数据统计，以及进行体内、体外相关试验用于评估手术方案的效果，但这些研究手段多属于回顾性研究，研究效率低，而能否了解上述改变将直接影响临床诊断的准确性和治疗方案的确定。有限元法通过建立数字模型，可模拟各种先天畸形和手术方案，对枕寰枢复合体的运动性、稳定性等都可以进行研究和预测，为临床医师的诊断和治疗提供指导。枕寰枢复合体有限元模型的建立和验证都是以无头重尸体试验数据为标准，而枕寰枢复合体实际运动都是在有头重的情况下进行的，因此研究头重对枕寰枢复合体运动性和稳定性的影响具有实际意义。本文在临床医生的指导下，在枕骨髁上施加40N的头重载荷，模拟研究头重对枕寰枢复合体手术前后稳定性和运动性能的影响。在充分了解寰枕、寰枢侧方关节结构、功能和畸形的基础上，建立颅底凹陷、寰枢侧方关节不同畸形程度的模型，并在生理载荷下通过有限元模拟其生物力学特性，对结果进行对比分析，获得颅底凹陷、寰枢侧方关节畸形对寰枕、寰枢关节运动性、稳定性的影响。通过对寰枢侧方关节畸形程度较高的模型进行前路减压或后路减压术以及植骨固定手术的有限元模拟分析，获得并分析了手术操作对畸形枕寰枢复合体生物力学特性的影响。通过建立多个畸形和手术有限元分析模型和非线性有限元接触分析,探索了头重对枕寰枢复合体运动性和稳定性的影响；对颅底凹陷、寰枢侧方关节畸形及其相关手术操作对生物力学特性的影响进行了研究，研究结果可以为临床医护人员对枕颈部畸形及相关病变的预防、诊断和治疗提供有意义的信息，具有较高的实用性和临床参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 枕寰枢复合体及其部分畸形简介
• 1.2.1 枕寰枢复合体简介
• 1.2.2 部分先天畸形枕寰枢复合体简介
• 1.3 国内外研究历史和现状
• 1.4 研究发展动向
• 1.5 研究内容和意义
• 第二章 接触力学基本理论及关节运动角度的计算
• 2.1 接触力学基本理论
• 2.1.1 接触行为的描述
• 2.1.1.1 接触面的法向行为
• 2.1.1.2 接触面的切向行为
• 2.1.2 有限元分析中接触关系的建立
• 2.1.3 接触问题的求解
• 2.2 寰枕、寰枢关节运动角度算法
• 2.2.1 平移运动距离计算
• 2.2.2 旋转运动角度
• 2.2.2.1 坐标旋转
• 2.2.2.2 齐次坐标
• 2.2.2.3 齐次变换
• 第三章 头重对正常枕寰枢复合体运动性能的影响
• 3.1 正常枕寰枢复合体有限元模型
• 3.2 头重加载方式的研究
• 3.2.1 在枕骨髁上加集中力
• 3.2.2 加载耦合点的选择
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 正常模型加头重
• 3.3.2 减压模型加头重
• 3.3.2.1 前路减压
• 3.3.2.2 后路减压
• 3.3.2.3 前后路减压
• 3.4 小结
• 第四章 颅底凹陷畸形有限元分析
• 4.1 颅底凹陷有限元模型的建立
• 4.1.1 模型简化
• 4.1.2 边界条件
• 4.2 计算结果与分析
• 4.3 减压模型
• 4.4 减压及植骨固定模型计算结果与分析
• 4.5 小结
• 第五章 寰枢侧方关节畸形有限元分析
• 5.1 寰枢侧方关节冠状位有限元模型的建立
• 5.1.1 模型简化
• 5.1.2 边界条件
• 5.1.3 计算结果与分析
• 5.1.4 减压与固定模型
• 5.1.5 减压和固定模型计算结果与分析
• 5.2 寰枢侧方关节矢状位畸形有限元模型的建立
• 5.2.1 模型简化
• 5.2.2 边界条件
• 5.2.3 计算结果与分析
• 5.3 小结
• 第六章 展望
• 参考文献
• 发表论文及科研成果清单
• 致谢