青少年特發(fā)性脊柱側彎(AIS)是發(fā)生于青春期病因未明的復雜三維脊柱畸形,在青少年中的發(fā)病率可達2%-3%。據(jù)統(tǒng)計,我國約有至少300萬AIS患者,并且每年有幾十萬新發(fā)病例出現(xiàn),導致脊柱側彎已成為繼肥胖、近視后,危害我國兒童青少年健康的第三大疾病。
日前,新苗脊柱側彎首席醫(yī)學專家楊軍林教授及其團隊在國際期刊《Medical & Biological Engineering & Computing》(IF=3.07,Q2分區(qū))上發(fā)表了題為《Finite element analysis in brace treatment on adolescent idiopathic scoliosis》(支具治療青少年特發(fā)性脊柱側凸的有限元分析)的綜述論文。該研究聚焦于應用有限元分析(FEA)技術輔助青少年特發(fā)性脊柱側彎的支具治療。

青少年特發(fā)性脊柱側彎(AIS)是一種以三維畸形為特征的肌肉骨骼疾病,其致病機理尚不完全明確。從生物力學的角度來看,學者們普遍認為Hueter-Volkmann定律(骨骺壓力法則)可以解釋AIS持續(xù)加重的機制。除了生物力學因素外,AIS的潛在病因可能涉及激素與內(nèi)分泌、基因與遺傳學、神經(jīng)系統(tǒng)等相互作用。因此,在闡明AIS致病機理和預防方法之前,對其治療的優(yōu)化至關重要。
矯形器即支具被廣泛證實是一種有效的保守治療方式,可阻止AIS的進展并糾正脊柱側彎。然而,矯形器治療周期長,其效果受個體差異和矯形器設計的影響,患者的依從性和矯形器設計師的經(jīng)驗對治療效果有直接影響。因此,需要嚴格掌握矯形器使用時間及矯形器的設計至關重要以確保治療效果的最大化。
有限元分析(FEA)是一種在工程和數(shù)學建模中用于數(shù)值解決微分方程的技術,利用簡單而又相互作用的元素(即單元),就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng),也因此在生物力學研究中得到廣泛應用。近年來,F(xiàn)EA在改善支具治療的臨床效果方面?zhèn)涫荜P注。

圖1:FEM脊柱的發(fā)展史。(a) 簡單梁單元脊柱模型 (b) 復合梁單元脊柱模型 (c) 脊柱節(jié)段的實體模型 (d) 全脊柱的實體模型
該綜述的重點是總結FEA技術在AIS矯形器治療中的應用,并介紹了在構建有限元模型(FEM)過程中可能遇到的技術選擇與優(yōu)劣。文章總結了幾何模型的構建、材料參數(shù)、單元類型、邊界條件等方面的技術要點,并討論了FEA在矯形器治療中的不同應用領域和限制。除了介紹臨床研究中的生物力學參數(shù)外,還收集了基于FEA的觀測指征。文章提供了改進支具治療的指導和方向,為提高矯形器的治療效果提出了初步的設想。

圖2:幾何模型的構建方法。(a) X光掃描儀(EOS雙平面成像系統(tǒng)) (b) CT掃描儀 (c) 三維數(shù)字掃描儀 (d) CAD-CAM軟件(Rodin 4D) (e) 骨組織結構模型 (f) 器官模型 (g) 軀干模型 (h) 矯形器模型
楊軍林教授帶領新苗脊柱側彎醫(yī)療團隊開展了這項研究,首次將FEA技術引入支具治療領域。該研究的成果為脊柱側彎的治療帶來了新的希望和進展,為臨床實踐提供了更準確、有效的治療方法。這一研究的發(fā)表標志著一個專業(yè)、科學、規(guī)范的矯形器治療體系的建立,將極大地提高支具治療的成功率。對于40度以上的大角度AIS患者以及所有輕中度脊柱側彎患者,這一研究也具有重要意義。
新苗醫(yī)療團隊在支具治療領域擁有深厚的理論基礎和數(shù)萬例支具設計適配經(jīng)驗,一直以來都以高標準的支具矯形率設計支具,以高品質的質量管理生產(chǎn)加工,以高舒適度的佩戴體驗完成適配,以高滿意度的服務標準接待患者。
新苗醫(yī)療團隊的努力和創(chuàng)新為青少年特發(fā)性脊柱側彎的治療開辟了新的道路,展示了中國在脊柱側彎領域的研究實力。我們期待這項研究的進一步發(fā)展,為更多患者帶來健康和福祉。
十多年來,新苗醫(yī)療團隊一直秉承“讓未來的孩子不用再做高風險的脊柱側彎手術”的初心,在新苗XTS綜合防控體系指導下,推動開展了全國最大規(guī)模累計280+萬人次的脊柱側彎學校篩查和科普宣教;成功完成了17000+例脊柱側彎保守治療,其中1000+例按國際治療原則需要手術的40°-60°側彎患者通過保守治療,免于手術。
如今,新苗脊柱側彎醫(yī)療團隊已在上海、廣州、中山等城市建立了專科治療中心,為廣大患者提供“陪伴式”、“長期跟蹤”的診療服務。同時,針對各類不便線下就診的患者,通過“視頻問醫(yī)生”提供一對一的視頻咨詢服務,患者可以足不出戶擁有自己專屬的在線醫(yī)生。
“做好一臺手術是我們的責任,減少一臺手術是我們的使命?!毙旅玑t(yī)療團隊將繼續(xù)砥礪前行,堅持提升專業(yè)水平,創(chuàng)新診療產(chǎn)品,提高服務質量,為大家的脊柱健康保駕護航!
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