腰椎有限元模型的建立與生物力學(xué)分析.pdf

1、目的:1)應(yīng)用Mimics和Hyper Mesh軟件建立L1～L5有限元模型,并與體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證所建模型的有效性。2)利用所建模型模擬腰椎椎管狹窄癥患者三種后路手術(shù)方式,分析椎板不同切除范圍對(duì)腰椎生物力學(xué)的影響。
　　 方法:1)選取一名正常自愿者L1～L5節(jié)段作為研究對(duì)象,行螺旋CT掃描,得到129張層厚0.75mm的CT圖像,以JPG格式輸出其斷面圖像,綜合利用三維重建軟件Miraics和Hyper Mesh,生

2、成L1～L5的骨性結(jié)構(gòu)有限元模型,并在此基礎(chǔ)上,補(bǔ)充建立終板、關(guān)節(jié)突軟骨、椎間盤(pán)及韌帶等軟組織結(jié)構(gòu)。采用合適的材料性質(zhì)和單元類(lèi)型對(duì)模型進(jìn)行智能有限元網(wǎng)格劃分,建立L1～L5有限元分析模型。引入接觸理論處理上下關(guān)節(jié)突之間的接觸問(wèn)題。與體外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,驗(yàn)證本模型的有效性。2)在所驗(yàn)證有效性模型的基礎(chǔ)上模擬腰椎椎管狹窄癥三種手術(shù)方式,分別是全椎板切除減壓術(shù)、半椎板切除減壓術(shù)及椎板開(kāi)窗減壓術(shù),施加相同的邊界條件和生理負(fù)載,比較不同術(shù)式后減

3、壓節(jié)段的運(yùn)動(dòng)范圍及纖維環(huán)應(yīng)力變化。
　　 結(jié)果:1)所建模型結(jié)構(gòu)完整,外型逼真,網(wǎng)格剖分更加細(xì)膩,劃分的單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)較文獻(xiàn)報(bào)道模型豐富。對(duì)模型作力學(xué)分析所得數(shù)據(jù),與體外生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合,統(tǒng)計(jì)學(xué)上無(wú)顯著差異。2)用所建模型模擬腰椎椎管狹窄癥行后路椎板切除減壓術(shù),結(jié)果顯示:L3～L4或/和L4～L5后部結(jié)構(gòu)切除后,腰椎運(yùn)動(dòng)范圍及纖維環(huán)應(yīng)力最大變化發(fā)生在前屈、后伸和左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),而在側(cè)屈運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)明顯變化。
　　 結(jié)論