頸椎三維有限元模型的建立與應(yīng)用.pdf

1、目的：①建立頸椎的三維有限元模型(C4/5/6)，以用于臨床試驗(yàn)研究。②探討椎間盤退行變后頸椎的生物力學(xué)變化及其對頸椎穩(wěn)定性的影響。③探討頸椎椎間盤切除植骨融合后相鄰FSU的生物力學(xué)變化及其對頸椎退變的影響。④探討在頸椎人工椎間盤置換后頸椎生理運(yùn)動(dòng)的變化及有限元模型在頸椎人工椎間盤的開發(fā)與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 方法：①選取一名健康成年男性志愿者，行影像放射的學(xué)檢查和臨床查體排除脊柱疾患后，用SiemensSomatomSensatio

2、n16層螺旋CT，以0.75mm的層厚進(jìn)行頸部均勻掃描，得到的連續(xù)斷層數(shù)據(jù)圖片以DICOM格式輸出，導(dǎo)入醫(yī)學(xué)三維重建軟件MaterialiseMimics，經(jīng)過圖片的篩選，預(yù)處理，提取邊界的坐標(biāo)生成表面三維圖像，再將此圖像通過UnigraphicsNX生成三維實(shí)體，并進(jìn)行修改光滑處理。根據(jù)測量數(shù)據(jù)直接用UnigraphicsNX作圖軟件建立C4/5，C5/6椎間盤的三維實(shí)體圖形。將三維實(shí)體圖形導(dǎo)入ANSYS8.1有限元分析軟件進(jìn)行網(wǎng)格化

3、。錄入各結(jié)構(gòu)的材料力學(xué)特性，構(gòu)建出頸椎的三維有限元模型，進(jìn)行邊界設(shè)定，在模型上加載45N的預(yù)載荷，再加以2.0N·M的純力矩模擬脊柱的前屈、后伸、左右側(cè)曲、旋轉(zhuǎn)的生理活動(dòng)，觀察正常FSU(C4/5)的運(yùn)動(dòng)與受力，并與體外實(shí)物生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較。②在FSU(C4/5)的三維有限元模型上改變椎間盤的材料、力學(xué)性質(zhì)及高度，模擬椎間盤退變的病理狀態(tài)，再加以45N預(yù)載荷，2.0N·M的純力矩模擬脊柱的前屈、后伸、左右側(cè)曲、旋轉(zhuǎn)的生理活動(dòng)，分析其

4、運(yùn)動(dòng)范圍及受力與正常的對比。③將C5/6椎間盤用骨的材料及力學(xué)性質(zhì)代替并通過邊界設(shè)定模擬C5/6椎間植骨融合，再施加45N的預(yù)載荷，2.0N·M的純力矩模擬脊柱的前屈、后伸、左右側(cè)曲、旋轉(zhuǎn)的生理活動(dòng)，分析其相鄰節(jié)段FSU(C4/5)的活動(dòng)范圍及受力與正常對比。④將C4/5的椎間盤用頸椎人工椎間盤的理論模型代替，以45N的預(yù)載荷，2.0N·M的純力矩模擬脊柱的前屈、后伸、左右側(cè)曲、旋轉(zhuǎn)的生理活動(dòng)，分析C4/5的活動(dòng)范圍與正常對比。

5、 結(jié)果：①C4/5三維有限元模型的運(yùn)動(dòng)范圍與體外實(shí)體實(shí)驗(yàn)結(jié)果在統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒有顯著差異(P＜0.01)。②頸椎間盤退變時(shí)頸椎的運(yùn)動(dòng)范圍及受力與正常FSU比較均增大，并在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著差異(P＜0.01)。③C5/6融合后C4/5的運(yùn)動(dòng)范圍及受力均增加，并在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有差異(P＜0.05)。④人工椎間盤置換后，F(xiàn)SU(C4/5)部分方向運(yùn)動(dòng)范圍(前屈，左右側(cè)屈)與正常FSU相比在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無顯著差異(P＞0.05)。 結(jié)論：①我們建立的頸