椎体模型内模拟注射pmma的流动及分布规律

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1、椎体模型内模拟注射PMMA的流动及分布规律【关键词】椎体成形术；聚甲基异丁烯酸；多孔介质；椎体模型　　Laodeling　　【Abstract】AIM:Toinvestigatethelaethylmethacrylate)floetersofthehealthyadultvertebra,avertebralmodelofporousmediaadebytheputersoftatchingthatofPMMAfleodeleansofhydrodynamicsandnumericmodeling.RESULTS:Thesiliconeoildistributedinacirclelik

2、eshapeoneachplaneinthevertebralmodel,andthelargestamountefractionofthesiliconeoildecreasedfromthecenterofplanestooutodeleaballlikeshapeasaethylmethacrylate;porousmedia;vertebralmodel　　【摘要】目的：探寻骨水泥在椎体内的流动及分布规律，为临床椎体成形术提供操作的理论基础.方法：根据正常成人椎体的结构特性和参数运用计算机软件构建相应的多孔介质的椎体模型，并运用流体力学的方法进行数值模拟和分析与骨水泥粘度相当的硅油

3、在椎体模型中的流动及分布规律.结果：硅油在模拟的椎体模型内的各个平面上呈类圆形分布，位于通过注射点的平面面积最大,在每个平面上从中心向外,硅油的体积分数逐渐降低.结论：模拟骨水泥在椎体内的流动分布规律：以注射点为圆心，在经过注射点的各个平面上，向各个方向呈类圆形流动分布，成为一个类球体的结构.　　【关键词】椎体成形术；聚甲基异丁烯酸；多孔介质；椎体模型　　0引言　　经皮椎体成形术是目前治疗椎体病变(如高危骨质疏松椎体、骨质疏松导致的椎体骨折,椎体肿瘤等)较为常用、有效的方法之一.尽管经皮椎体成形术有常规严格的手术操作程序，但临床尚有诸多并发症发生，其中较为严重且常见的并发症为骨水泥的渗漏，

4、对骨水泥注入过程中其流动分布规律的认识不清楚是导致该并发症发生的关键因素之一.模拟研究骨水泥在正常椎体模型内的流动分布规律，为椎体成形术的操作提供基础理论依据，为临床相关治疗提供指导.　　1材料和方法　　1.1材料试验用椎体来源于解剖室２具青年男尸（年龄２３岁和３２岁）的胸腰段椎体共３个，所有标本经x线前后方向和侧向检查排除椎体的病变.经过950mL/L乙醇脱脂后，标明标记后存于-20℃冰柜中待用.试验选用与骨水泥粘度相当的标准10万粘度的硅油（美国道康宁公司）作为模拟注射用的流体.　　1.2方法　　1.2.1模型数据的获取把３个脱脂的椎体切成小块，每个椎体分别取其中１块烘干，行扫描电镜检

5、测，测量其孔隙率和孔隙的平均直径大小，孔隙率值约为７０%~８０%.再根据　　2.2椎体纵行截面的分布随着硅油的逐渐注入，①在中心纵行截面上，硅油以注射点为圆心在水平面上呈类圆形向周围流动分布；同一时刻，从圆心向周围，硅油的体积浓度逐渐降低（图2E,F）.②在非中心纵行截面上，硅油以通过注射点的中心纵行截面的垂直轴与该截面的交点为圆心，呈类圆形向周围流动分布；同一时刻，从圆心向周围硅油的体积浓度逐渐降低（图2G,H）.③根据硅油分布面积曲线图（图4），在同一个时刻，两个对称的非中心纵行截面上的硅油分布面积相同，通过中心注射点的纵行截面的硅油分布面积最大.A：（z=0）t=1s椎体水平中心;B

6、:(z=0）t=7s椎体水平中心;C:（z=0.002）t=1s椎体水平中心上;D:（z=-0.002）t=1s椎体水平中心下;E:（y=0）t=1s椎体纵行中心;F:（y=0）t=7s椎体纵行中心;G:（y=0.05）t=1s椎体纵行中心右侧方;H:（y=-0.05）t=1s椎体纵行中心左侧方.　　图2截面流动分布图（略）　　图3水平三个截面上硅油扩散区域变化（略）　　图4纵行三个截面上硅油扩散区域变化（略）　　　　3讨论　　　　前面实验已经完成了在新鲜的干椎体标本上进行硅油注射的研究，但是只能观察到其物理过程的分布结果，其动态的物理流动分布过程不能观察到，无法对其流动及分布规律做定性的

7、准确描述.因而采用计算机软件对椎体进行模拟，构建椎体的多孔介质模型.然后运用Fluent软件对流体流动过程进行数值模拟、Euler方法对流体的运动进行分析.椎体内部是由固态的骨小梁和孔隙组成的结构，椎体内骨小梁体积所占的比例比较小（约0.25）［1］,所以可以把它看成多孔介质.　　　　因骨水泥相对于剪切率是非线性的流体，在应用流体力学方法求解其流动及分布规律的时候,其粘度不稳定,会使其流动及分布规律难以计算［3］.在此初