晚间支架的自动设计为青少年异常学脊椎病与全球形状优化,使用患者特定的有限元素模型
Aymeric Guy1,2, Maxence Coulombe2,3, Hubert Labelle2,3
1Polytechnique Montreal, 2500 Chemin de Polytechnique, Montreal, QC, H3T 1J4, Canada.
Scientific reports
|February 8, 2024
概括
这项研究引入了一种自动化的方法来设计定制的脊柱支架,改善脊柱的纠正,而无需手动输入. 这种新方法确保了使用患者特定的数字模型有效治疗青少年异常学脊椎病.
科学领域:
- 整形外科 整形外科 整形外科
- 生物医学工程 生物医学工程
- 计算机建模 计算建模
背景情况:
- 青少年固态脊柱病 (AIS) 是一种复杂的脊柱形,通常用骨科支架治疗.
- 目前的支架设计方法是手动的,经验性的,并且根据 ортопед专业知识的有效性有所不同.
- 缺乏生物机械优化在传统的支架可以限制治疗的有效性.
研究的目的:
- 开发和验证一种自动化的,针对患者的有限元素建模方法,用于设计有效的夜间脊柱脊柱支架.
- 减少在支架制造中依赖手工工艺和矯正专家的专业知识.
- 改善AIS治疗的直接和长期结果.
主要方法:
- 从患者的X光和干扫描中创建个性化的有限元模型.
- 使用患者特定的数字双胞胎模拟支架效应和脊柱生长.
- 一个代的,临床驱动的优化算法来改进支架拓图形,以获得最大的有效性和安全性.
主要成果:
- 在17名患者身上进行了临床测试,自动化方法产生了优化的支架,无需进行适合修改.
- 实现了高的即时校正率:胸部曲线70%和腰部曲线90%.
- 在腰部主病 (5°±3°) 和胸部顶部旋转 (2°±3°) 中表现出模拟的改善.
结论:
- 自动化设计方法为传统的脊柱支架制造提供了一种高效,生物机械验证的替代方案.
- 这种方法利用数字双胞胎技术和计算建模来实现卓越的支架设计和患者的结果.
- 它为临床医生提供了一种可靠的工具,可以有效地纠正脊椎病,最大限度地减少变化和手工劳动.
