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(yàn)證模型。(2)在齒狀突上選取不同的點(diǎn)作為加載點(diǎn),進(jìn)行有限元計(jì)算分析,驗(yàn)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(jī)對實(shí)驗(yàn)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(dǎo)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(wǎng)格并進(jìn)行網(wǎng)格優(yōu)化后將面模型以ansys element lis格式導(dǎo)入有限元分析軟件ansys中。確定單元類型,實(shí)常數(shù),材料屬性后基于面網(wǎng)格生成體網(wǎng)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(cè)下關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面表面的節(jié)點(diǎn),pressure50N施于雙側(cè)上關(guān)節(jié)突表面的單元上,force/moment200N施加于樞椎齒突選定節(jié)點(diǎn)上。(1)force/moment施于齒突中部節(jié)點(diǎn),

3、驗(yàn)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(yù)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(yù)測發(fā)生ⅡⅢ型骨折趨勢。(4)force/moment施于齒突側(cè)方,模擬頭頸部旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下遭受暴力,預(yù)測發(fā)生ⅡⅢ型骨折趨勢。
　　 結(jié)果：
　　 第(1)種加載方式,應(yīng)力集中分布在齒狀突基底部及齒狀突中下部,預(yù)示發(fā)生Ⅱ型骨折的可能性較大,最大應(yīng)力值為135.

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

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