先天性寰樞椎脫位發(fā)生機(jī)制的三維非線性有限元研究.pdf

1、目的：構(gòu)建枕寰樞復(fù)合體三維非線性有限元模型并進(jìn)行有效性驗證，在此基礎(chǔ)上探討先天性寰枕融合導(dǎo)致寰樞椎脫位的發(fā)生機(jī)制。 方法：依據(jù)一例青年男性志愿者顱頸交界部超薄CT掃描數(shù)據(jù)，重建枕骨、寰椎和樞椎的三維幾何形狀，自動劃分單元網(wǎng)格，對骨骼結(jié)構(gòu)的材料屬性進(jìn)行基于CT值的分級定義。手工建立橫韌帶的大體模型，劃分精細(xì)的單元網(wǎng)格。根據(jù)解剖學(xué)資料建立枕寰樞復(fù)合體內(nèi)12組韌帶單元，采用6點階段線性法模擬韌帶的力-位移曲線定義韌帶單元的材料屬性。在

2、枕寰樞復(fù)合體的關(guān)節(jié)之間添加不同厚度的軟骨單元和接觸對，模擬關(guān)節(jié)接觸的力學(xué)行為。枕寰樞復(fù)合體三維非線性有限元模型構(gòu)建完畢后，施加與尸體標(biāo)本力學(xué)實驗相同的靜態(tài)力矩載荷，模擬枕寰樞復(fù)合體的各種運動，對模型的有效性進(jìn)行驗證。在正常枕寰樞復(fù)合體有限元模型的寰椎和枕骨之間添加40個link單元模擬先天性寰枕融合，分析寰枕融合模型在生理載荷、過度載荷和韌帶損傷情況下生物力學(xué)特征的改變。 結(jié)果：構(gòu)建的枕寰樞復(fù)合體三維非線性有限元模型包含枕骨大部

3、、完整寰椎、樞椎、橫韌帶、所有關(guān)節(jié)軟骨和韌帶等重要結(jié)構(gòu)。對模型施加生理載荷后，在前屈、后伸和旋轉(zhuǎn)運動中的關(guān)節(jié)活動范圍與尸體實驗結(jié)果接近。在較小載荷范圍內(nèi)，模型獲得了較大的運動范圍，隨著載荷的增加，運動范圍的增加量趨于穩(wěn)定。模型表現(xiàn)出明顯的非線性力學(xué)行為。寰枕之間添加link單元后，寰枕之間的運動接近喪失。單純寰枕融合在生理載荷下并不能直接導(dǎo)致寰樞椎前屈運動范圍的增加，但卻可以造成寰樞關(guān)節(jié)的應(yīng)力應(yīng)變環(huán)境發(fā)生改變，同時限制前屈運動的韌帶受力