樞椎齒狀突骨折的三維有限元分析.pdf

1、目的：
　　 (1)建立樞椎有限元模型,并驗證模型。(2)在齒狀突上選取不同的點作為加載點,進行有限元計算分析,驗證不同受力狀態(tài)下齒突發(fā)生Ⅱ,Ⅲ型骨折的趨勢。
　　 方法：
　　 選取一名外傷后來盛京醫(yī)院就診的門診患者,Philips公司64層螺旋CT機對實驗對象頸部掃描,并以DICOM格式保存。在我院影像工作站PACS系統(tǒng)中查看該患者的CT圖像,并導出DICOM格式的存儲數(shù)據(jù),利用MIMICS軟件重建樞椎的面模

2、型,劃分網格并進行網格優(yōu)化后將面模型以ansys element lis格式導入有限元分析軟件ansys中。確定單元類型,實常數(shù),材料屬性后基于面網格生成體網格,即生成樞椎有限元模型,然后模型加載,包括displacement施于椎體下表面,棘突下方,雙側下關節(jié)突關節(jié)面表面的節(jié)點,pressure50N施于雙側上關節(jié)突表面的單元上,force/moment200N施加于樞椎齒突選定節(jié)點上。(1)force/moment施于齒突中部節(jié)點,

3、驗證模型有效性。(2)force/moment施于齒突尖部,模擬頭頸部過伸暴力,預測發(fā)生ⅡⅢ型骨折趨勢。(3)force/moment施于齒突底部,模擬頭頸部過屈暴力,預測發(fā)生ⅡⅢ型骨折趨勢。(4)force/moment施于齒突側方,模擬頭頸部旋轉狀態(tài)下遭受暴力,預測發(fā)生ⅡⅢ型骨折趨勢。
　　 結果：
　　 第(1)種加載方式,應力集中分布在齒狀突基底部及齒狀突中下部,預示發(fā)生Ⅱ型骨折的可能性較大,最大應力值為135.

4、934MPa,參考文獻值為138MPa,從而驗證模型有效。第(2)種加載方式,經過運算分析,結果證明后伸狀態(tài)下樞椎產生的最大應力值(137.610MPa)大于中立位條件下的最大應力值(135.934MPa),應力集中于齒狀突基底部及雙側上關節(jié)突；第(3)種加載方式證明樞椎在前屈狀態(tài)下產生最大應力值(143.411MPa)大于前兩種加載方式,應力集中于齒狀突基底部及雙側上關節(jié)突；第(4)種加載條件下產生的最大應力值(148.499MPa)

5、大于中立位條件下和前屈與后伸狀態(tài)下產生的最大應力值。應力集中分布于樞椎齒狀突基底部兩側。
　　 結論：
　　 (1)所建立的樞椎有限元模型生物力學行為與歷史文獻中報道相似,可用于模擬生物力學分析；(2)頸椎在旋轉狀態(tài)下遭受暴力更容易產生齒狀突骨折,應力主要集中于齒狀突基底部,以Ⅱ型骨折好發(fā)；(3)后伸時應力集中于齒狀突基底部及雙側上關節(jié)突,容易發(fā)生Ⅲ型骨折；前屈時應力集中于齒突基底部及樞椎雙側上關節(jié)突,更容易產生Ⅲ型骨折