脊柱腰骶段的三維有限元建模及生物力學分析.pdf

1、目的：尋求脊柱腰骶段三維有限元模型準確構建的方法，并探討不同體位下腰骶段應力的變化，研究與之相關疾病的生物力學機制。 方法：選取一健康成年男性，行影像放射學檢查和臨床檢查排除相關疾病后對腰骶段行螺旋CT斷層掃描。提取數(shù)據(jù)導入醫(yī)學圖像軟件Mimics生成腰骶段三維實體模型，光滑處理和網(wǎng)格劃分后導入Patran前處理軟件生成L5和骶骨的四面體單元，然后生成椎間盤、終板模型、關節(jié)突關節(jié)模型和周圍韌帶的模型。最后對模型單元材料屬性進行設

2、定并導入有限元模型構建軟件中。使用ABAQUS有限元分析軟件，設定L5以上負載為500N，模擬人體中立位時的工況；對L5施加15N·m的力矩，分別模擬人體前屈、后伸、左彎，右旋的情況。計算模型的平均剛度驗證模型，分析模型的應力分布與應力傳到情況。 結果：(1)所構建的腰骶段三維有限元模型共包括51,072個實體單元，396個線單元，總計共12,934個結點。模型包含了接觸非線性，幾何非線性兩種結構的非線性類型。 (2)本

3、模型在前屈、后伸、側屈和扭轉作用下的平均剛度分別為2.10 N·m/°3.12 N·m/°、3.07 N·m/°和7.80 N·m/°，結果處于其他尸體實驗研究的平均剛度范圍中間。 (3)通過比較各種體位下模型的應力分布發(fā)現(xiàn)：①屈伸體位下，應力集中在L5椎體后部，且后伸時應力值最大；②無論前屈或后伸，L5峽部和關節(jié)突關節(jié)都承受較大的應力。側屈時應力集中在同側峽部，扭轉時則集中在對側。③中立位和前屈時，骶骨兩側的髂翼傳導了大部分的