樞椎有限元模型建立及齒狀突骨折的有限元分析.pdf

1、目的：①建立并驗(yàn)證樞椎三維有限元模型，以用于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究．②探討齒狀突前部垂直方向上不同角度載荷下齒狀突應(yīng)力分布及預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的骨折類型．③探討齒狀突前部水平方向上不同角度載荷下齒狀突應(yīng)力分布及預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的骨折類型． 方法：數(shù)據(jù)資料來(lái)源于一名健康成年男性例行體檢資料，用德國(guó)西門(mén)子公司的Somatom Sensation64超高速64層螺旋CT機(jī)，對(duì)頸椎進(jìn)行連續(xù)掃描，得到DICOM格式圖片，導(dǎo)入到醫(yī)學(xué)三維重建軟件Mimi

2、cs中，生成三維表面模型，利用網(wǎng)格化工具，對(duì)三維表面模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成網(wǎng)格化的樞椎表面三維圖像．隨后導(dǎo)入到ANSYS ICEM CFD 10.0前處理軟件中，生成三維實(shí)體，確定單元類型賦予相應(yīng)的材料屬性．然后將實(shí)體模型導(dǎo)入到ANSYS 10.0有限元軟件中，在模型雙側(cè)上關(guān)節(jié)面加載共50N的預(yù)載荷，給定邊界條件限定樞椎下方的終板、雙側(cè)下關(guān)節(jié)面以及棘突下方在各個(gè)自由度上的活動(dòng)．選取齒狀突前部前寰齒關(guān)節(jié)面區(qū)域的一組點(diǎn)為加載點(diǎn)．①采用兩種不

3、同加載方式驗(yàn)證模型：(1)于所選取的點(diǎn)上加載1736N的作用力，方向指向后方;(2)于所選取的點(diǎn)上加載1279N的作用力，方向于矢狀面呈45°，方向指向側(cè)后方．兩種方式分別運(yùn)算，所得數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比．②于所選取的點(diǎn)上加載200N的作用力，與冠狀面所呈角度范圍從-60°到60°，依次間隔15°．③于所選取的點(diǎn)上加載200N的作用力，與矢狀面所呈角度范圍從0°到45°，依次間隔15°． 結(jié)果：①有限元模型驗(yàn)證的兩種加載方式

4、所得到的數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)所得到的生物力學(xué)試驗(yàn)一致，Von Mises應(yīng)力分布圖可以預(yù)測(cè)骨折類型，后伸載荷下產(chǎn)生Ⅲ型齒狀突骨折，最大應(yīng)力為123Mpa；傾斜45°載荷下產(chǎn)生Ⅱ型齒狀突骨折，最大應(yīng)力為121MPa．與所報(bào)道的齒狀突皮質(zhì)骨的屈服應(yīng)力(138MPa)分別相差11％和12％，模型可用．②在垂直方向上從-60°到60°不同方向的作用力所產(chǎn)生的模型的應(yīng)力分布模式有漸進(jìn)性變化，Von Mises應(yīng)力分布圖預(yù)示的骨折類型可能由Ⅲ型骨折轉(zhuǎn)變?yōu)棰蛐?/p>

5、骨折，且最大應(yīng)力值逐漸增大．③在水平方向上從O°到45°不同方向的作用力所產(chǎn)生的模型的應(yīng)力分布模式有漸進(jìn)性變化，Von Mises應(yīng)力分布圖預(yù)示的骨折類型可能由Ⅲ型骨折轉(zhuǎn)變?yōu)棰蛐凸钦?，且最大?yīng)力值逐漸增大． 結(jié)論：①我們建立的有限元模型可以模擬樞椎的生物力學(xué)特性．②齒狀突前部受到垂直方向上和水平方向上不同角度的作用力時(shí)，隨著角度逐漸向下方增大，模型的Von Mises應(yīng)力分布圖預(yù)示的骨折類型可能由Ⅲ型骨折轉(zhuǎn)變?yōu)棰蛐凸钦郏Ｐ?/p>