腰椎有限元模型的建立與生物力學分析.pdf

1、目的:1)應用Mimics和Hyper Mesh軟件建立L1～L5有限元模型,并與體外實驗結果進行比較,驗證所建模型的有效性。2)利用所建模型模擬腰椎椎管狹窄癥患者三種后路手術方式,分析椎板不同切除范圍對腰椎生物力學的影響。
　　 方法:1)選取一名正常自愿者L1～L5節(jié)段作為研究對象,行螺旋CT掃描,得到129張層厚0.75mm的CT圖像,以JPG格式輸出其斷面圖像,綜合利用三維重建軟件Miraics和Hyper Mesh,生

2、成L1～L5的骨性結構有限元模型,并在此基礎上,補充建立終板、關節(jié)突軟骨、椎間盤及韌帶等軟組織結構。采用合適的材料性質和單元類型對模型進行智能有限元網格劃分,建立L1～L5有限元分析模型。引入接觸理論處理上下關節(jié)突之間的接觸問題。與體外實驗數據進行比較,驗證本模型的有效性。2)在所驗證有效性模型的基礎上模擬腰椎椎管狹窄癥三種手術方式,分別是全椎板切除減壓術、半椎板切除減壓術及椎板開窗減壓術,施加相同的邊界條件和生理負載,比較不同術式后減

3、壓節(jié)段的運動范圍及纖維環(huán)應力變化。
　　 結果:1)所建模型結構完整,外型逼真,網格剖分更加細膩,劃分的單元和節(jié)點數較文獻報道模型豐富。對模型作力學分析所得數據,與體外生物力學實驗結果基本吻合,統(tǒng)計學上無顯著差異。2)用所建模型模擬腰椎椎管狹窄癥行后路椎板切除減壓術,結果顯示:L3～L4或/和L4～L5后部結構切除后,腰椎運動范圍及纖維環(huán)應力最大變化發(fā)生在前屈、后伸和左右旋轉運動時,而在側屈運動時無明顯變化。
　　 結論