椎体模型内模拟注射pmma的流动及分布规律论文

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1、椎体模型内模拟注射PMMA的流动及分布规律论文【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:Thesiliconeoildistributedina

2、circlelikeshapeoneachplaneinthevertebralmodel,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

3、数值模拟和分析与骨水泥粘度相当的硅油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

4、生.freelL/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%.再根据文献资料，取７５%［1］，平均孔径约为(0.90±0.22)mm.根据五个正常人的腰椎ＥＢＴ资料，运用mimics软件进行腰椎三维重建，取腰椎体外形数据平均值模拟椎体外形（不包括附件）.1.2.2计算机模型根据椎体的内部结构特点，计算机所采用的模型为

5、非稳态不可压缩的粘性层流在多孔介质中的流动模型，模型的外周模拟为固体壁面，内部为多孔介质填充的类椭圆柱体.运用Fluent软件对流体流动过程进行数值模拟，运用Euler方法对流体的运动过程进行分析.1.2.3模拟注射的方法取模拟的椎体模型的后壁为进针部位、以椎体的物理中心点为注射的出口，该出口为速度进口，都给一个恒定的速度0.045837m/s，模拟注射１０万粘度的硅油.取水平面的中心截面和上下对称的两个水平截面、纵行截面的中心截面和左右对称的两个纵行截面（图1）来模拟和分析硅油在椎体模型内的流动及分布情况.实验以椎体的物理中心点为原点，椎体类椭圆体的长轴轴为Y轴、短

6、轴为X轴、纵向轴为Z轴建立的三维坐标系来进行分析.图1椎体的空间三维结构图以及所用到的截面位置图（略）2结果2.1椎体水平截面的分布随着硅油的逐渐注入，①在中心水平截面上，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2A,B：图用不同的颜色表示不同的体积浓度，下同）.②在非中心水平截面上，硅油以通过注射点的中心水平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2C,D）.③根据硅油分布面积曲线图（图3），在同一个时刻，两个对称的非中心水平截面上的硅油分

7、布面积相同，过中心注射点水平截面上的硅油分布面积最大.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=1