全颈椎三维有限元模型的建立与初步应用

论文摘要

目的：①引入接触理论,建立全颈椎三维有限元模型,初步应用于颈椎生物力学分析。②运用所建模型,探讨颈椎椎间植骨融合及人工间盘植入后相邻节段的运动范围及椎间盘应力改变。方法：①选取一名健康成年男性志愿者,行影像放射学检查和临床查体排除脊柱疾患后,用Siemens Somatom Sensation16层螺旋CT,以0.75mm的层厚进行颈部均匀扫描,得到的连续断层数据图片以DICOM格式输出,导入医学三维重建软件CAD造型软件Solid-Works2003,经过图片的筛选,预处理,提取边界的坐标生成表面三维图像,再将此图像通过HyperMesh软件生成三维实体,并进行修改处理。将三维实体图形导入ANSYS11.0有限元分析软件进行网格化。录入各结构的材料力学特性,构建出全颈椎的三维有限元模型,进行边界设定,在模型颈1（C1）上加载73.6N的预载荷,再加以2.0Nm的纯力矩模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转四种工况生理活动,观察运动范围与受力。②C5／6椎间植骨融合模型,C5／6人工间盘植入模型,再施加73.6N的预载荷,2.0Nm的纯力矩,分析其相邻节段在脊柱前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转时临近节段的运动范围及椎间盘受力情况。结果：①整个模型共有97705个节点和372896个单元组成,建立了韧带、关节囊等软组织结构,并在关节突关节等处采用了面-面接触单元,所建模型结构完整,空间结构测量准确度高,真实细腻；②椎间植骨融合术后临近椎间隙运动范围增加,相应椎间盘应力明显增大,上位节段髓核与纤维环受力明显增大约70%,下位节段髓核与纤维环应力增大约40%；人工间盘植入后颈椎运动范围除后伸受限（p>0.05）外,其他活动度无差异,临近节段椎间盘应力增加不超过10%。结论：①本研究的建模方法方便、快捷。所建全颈椎三维有限元模型真实、可靠,可初步应用于骨科生物力学分析工作中,并为临床提供理论及数据资料。②与椎间植骨融合相比较,人工颈间盘植入,可在一定范围内缓解相邻节段的应力,基本保持颈椎的正常活动度。

论文目录

• 一、摘要
• （一） 中文摘要
• （二） 英文摘要
• 二、文献综述
• （一） 综述
• （二） 参考文献
• 三、正文
• （一） 前言
• （二） 材料和方法
• （三） 结果
• （四） 讨论
• （五） 结论
• （六） 参考文献
• 四、附录
• 五、致谢