退變性腰椎側(cè)凸三維有限元模型的建立及模型優(yōu)化.pdf

1、目的：通過建立一例退變性腰椎側(cè)凸（degenerative lumbar scoliosis,DLS）志愿患者的脊柱全長三維有限元模型并對(duì)該模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和材料屬性添加，來為本課題（國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目）的后續(xù)研究提供可靠的研究模型，并探討有限元技術(shù)應(yīng)用于DLS治療的意義。
　　方法：本課題應(yīng)用美國GE64排螺旋CT，設(shè)定層距為0.625mm，對(duì)一例DLS志愿患者行仰臥位脊柱全長掃描來獲得原始影像學(xué)dicom斷層圖像資料共計(jì)

2、1121張；進(jìn)而將所得CT斷層圖像資料完整導(dǎo)入至MimicsInnovation Suite17.0軟件中進(jìn)行初始三維重建，重現(xiàn)該病例的脊柱全長數(shù)字化三維模型，并進(jìn)行幾何清理、優(yōu)化[1]。通過計(jì)算機(jī)輔助工程（computer aided engineering,CAE）軟件參照國內(nèi)外權(quán)威雜志發(fā)表的文獻(xiàn)[2-15]添加模型的材料屬性并進(jìn)行后續(xù)的處理和分析，建立該志愿患者的脊柱全長三維有限元模型。
　　結(jié)果：本實(shí)驗(yàn)中，本例DLS志愿患

3、者脊柱全長三維有限元模型成功建立，共包含頸椎、胸椎、腰椎、骶骨、尾骨總計(jì)26節(jié)椎體（骨），以及所有間盤及全部主要韌帶。設(shè)定2種類型的幾何單元，包括四面體單元和線纜單元，其中四面體單元511264個(gè)，線纜單元391個(gè)，計(jì)單元總數(shù)511655個(gè)，材料性質(zhì)14種。與該例志愿患者的脊柱全長正側(cè)位相對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)中所建立的三維有限元模型與對(duì)應(yīng)X線片中所示脊柱幾何形態(tài)相似度高，其外觀形態(tài)逼真，網(wǎng)格劃分均勻合理，完全能夠?yàn)镈LS畸形的數(shù)字化生物力

4、學(xué)實(shí)驗(yàn)提供量化指標(biāo)，為下一步有效性的驗(yàn)證及進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)劃，模擬不同的外科手術(shù)打下了較為可靠的堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　結(jié)論：完整收集DLS患者CT掃描的原始影像學(xué)dicom斷層圖像資料后，通過Mimics Innovation Suite17.0以及Ansys Workbench14.5等CAE軟件建立DLS患者的脊柱全長三維有限元模型是切實(shí)可行的，且模型可以基本完整、逼真地還原患者的脊柱形態(tài)和柔韌性，完全能夠?yàn)镈LS畸形的數(shù)字化生