全頸椎三維有限元模型的建立與初步應(yīng)用.pdf

1、目的：①引入接觸理論，建立全頸椎三維有限元模型，初步應(yīng)用于頸椎生物力學(xué)分析。②運(yùn)用所建模型，探討頸椎椎間植骨融合及人工間盤植入后相鄰節(jié)段的運(yùn)動(dòng)范圍及椎間盤應(yīng)力改變。
　　 方法：①選取一名健康成年男性志愿者，行影像放射學(xué)檢查和臨床查體排除脊柱疾患后，用Siemens Somatom Sensation16層螺旋CT，以0.75mm的層厚進(jìn)行頸部均勻掃描，得到的連續(xù)斷層數(shù)據(jù)圖片以DICOM格式輸出，導(dǎo)入醫(yī)學(xué)三維重建軟件CAD造型軟

2、件Solid-Works2003，經(jīng)過圖片的篩選，預(yù)處理，提取邊界的坐標(biāo)生成表面三維圖像，再將此圖像通過HyperMesh軟件生成三維實(shí)體，并進(jìn)行修改處理。將三維實(shí)體圖形導(dǎo)入ANSYS11.0有限元分析軟件進(jìn)行網(wǎng)格化。錄入各結(jié)構(gòu)的材料力學(xué)特性，構(gòu)建出全頸椎的三維有限元模型，進(jìn)行邊界設(shè)定，在模型頸1(C1)上加載73.6N的預(yù)載荷，再加以2.0Nm的純力矩模擬脊柱的前屈、后伸、左右側(cè)屈、左右旋轉(zhuǎn)四種工況生理活動(dòng)，觀察運(yùn)動(dòng)范圍與受力。②C5

3、/6椎間植骨融合模型，C5/6人工間盤植入模型，再施加73.6N的預(yù)載荷，2.0Nm的純力矩，分析其相鄰節(jié)段在脊柱前屈、后伸、左右側(cè)屈、左右旋轉(zhuǎn)時(shí)臨近節(jié)段的運(yùn)動(dòng)范圍及椎間盤受力情況。
　　 結(jié)果：①整個(gè)模型共有97705個(gè)節(jié)點(diǎn)和372896個(gè)單元組成，建立了韌帶、關(guān)節(jié)囊等軟組織結(jié)構(gòu)，并在關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)等處采用了面-面接觸單元，所建模型結(jié)構(gòu)完整，空間結(jié)構(gòu)測量準(zhǔn)確度高，真實(shí)細(xì)膩；②椎間植骨融合術(shù)后臨近椎間隙運(yùn)動(dòng)范圍增加，相應(yīng)椎間盤應(yīng)力明

4、顯增大，上位節(jié)段髓核與纖維環(huán)受力明顯增大約70％，下位節(jié)段髓核與纖維環(huán)應(yīng)力增大約40%；人工間盤植入后頸椎運(yùn)動(dòng)范圍除后伸受限(p＞0.05)外，其他活動(dòng)度無差異，臨近節(jié)段椎間盤應(yīng)力增加不超過10%。
　　 結(jié)論：①本研究的建模方法方便、快捷。所建全頸椎三維有限元模型真實(shí)、可靠，可初步應(yīng)用于骨科生物力學(xué)分析工作中，并為臨床提供理論及數(shù)據(jù)資料。②與椎間植骨融合相比較，人工頸間盤植入，可在一定范圍內(nèi)緩解相鄰節(jié)段的應(yīng)力，基本保持頸椎的正