枢椎有限元模型的建立及齿状突骨折的三维有限元分析

 目的建立枢椎有限元模型,探索不同受力状态下齿状突发生Ⅱ、Ⅲ型骨折的趋势。方法用64层螺旋CT对健康成人进行颈部扫描,利用MIMICS软件重建枢椎的面模型及优化网格,而后导入有限元分析软件ANSYS中,生成体网格,即生成枢椎有限元模型。模型加载,force/moment200N分别施于枢椎齿状突中部、尖部、底部及侧方节点。结果force/moment施于齿状突中部节点时应力集中分布在齿状突基底部及中下部;施于尖部时应力集中于齿状突基底部及双侧上关节突;施于底部时应力集中于齿状突基底部及双侧上关节突;施于侧部时应力集中于枢椎齿状突基底部两侧。结论所建立的枢椎有限元模型可有效用于模拟生物力学分析。颈椎在旋转状态下遭受暴力更易产生Ⅱ型齿状突骨折,后伸及前屈时则易发生Ⅲ型骨折。     

不同材料固定寰枢椎脱位在屈伸状态下有限元分析

目的：对前路寰枢椎脱位的患者,应用三维有限元分析法对镁合金与钛合金材料TARP钢板固定,进行屈伸状态下对比分析,为临床提供理论依据。方法：选择一例寰枢椎脱位患者,进行CT扫描和三维重建,将数据导入有限元分析软件,对结果进行统计学分析。结果：表明上颈椎的有限元模型外形逼真,几何相似性好,共包含67846个节点,225368个单元,应力集中区域为关节应力集中区域分别为颈1／2关节突关节,在模拟前屈时,寰枢椎在颈1／2关节突关节应力比较集中,其次是齿状突基底部。镁合金和钛合金固定材料有显著性差异（P〈0．05）。结论：应用CT扫描获取上颈椎空间结构信息建立的上颈椎模型可用于生物力学实验,镁合金材料比钛合金材料临床固定效果更好,值得在临床进一步推广应用。     

寰枢椎三维有限元模型的建立

目的:建立寰枢椎三维有限元模型,为重建寰枢椎的稳定性提供生物力学依据.方法:对颈枕部C0-3标本行CT扫描,获取数据集,通过Mimics10.0软件选取灰度值大于-250 Hu得到C0-3骨和韧带的三维模型,并用Mimics10.0软件对模型进行修饰,以OUT格式导入有限元软件Patran2005中生成四面体网格模型,再输入Mimics软件对模型赋值,完成寰枢椎三维有限元模型,包括密质骨、松质骨及韧带,模型能够高度模拟颈椎结构与材料特性,结构完整,模型节点数9178,单元数40 356.在模型C3的下缘进行边界约束(六自由度为零),在C0处进行前屈/后伸、左/右侧弯、左/右旋转方向1.5 Nm的加载,分析寰枢椎之间的三维运动及各部位的应力.并在实验室以相同加载方法下测量其三维运动范围.分别进行统计学分析.结果:寰枢外侧关节面及枢椎体前部是应力集中部位.寰枢椎间的三维运动(前屈/后伸5.48°/9.85°、左/右侧弯4.69°/4.93°、左/右轴向旋转31.28°/30.56°)与实验室测量(前屈/后伸8.10°/8.49°、左/右侧弯4.79°/4.93°、左/右轴向旋转28.2°/29.3°)相当.结论:利用Mimics和Patran2005建立寰枢椎有限元模型,具有较高的真实性和精确度,能够模仿寰枢椎生物力学分析.     

寰枢椎脱位手术镁合金与钛合金TARP内固定系统在屈佃秧态下的三维有限元夯析

目的：对前路寰枢椎脱位的患者,应用三维有限元分析法对镁合金与钛合金材料TARP钢板固定,进行屈伸状态下对比分析,为临床提供理论依据。方法：选择一例寰枢椎脱位患者,进行cT扫描和三维重建,将数据导入有限元分析软件,对结果进行统计学分析。结果：表明上颈椎的有限元模型外形逼真,几何相似性好,共包含67846个节点,225368个单元。在模拟前屈时,寰枢椎在颈l／2关节突关节应力比较集中,其次是齿状突基底部。镁合金和钛合金固定材料有显著性差异（P〈0．05）。结论：应用cT扫描获取上颈椎空间结构信息建立的上颈椎模型可用于生物力学实验,镁合金材料比钛合金材料临床固定效果更好,值得在临床进一步推广应用。     

腰椎椎弓峡部裂的生物力学研究

腰椎椎弓峡部裂是一种较为常见的脊柱疾患,目前就其成因存在多种学说。本文采用三维有限元方法着重分析了椎弓峡部的应力分布情况,发现椎弓峡部在人体直立位、前屈位和后伸位时均出现明显的应力集中,其中以后伸位时的应力水平最高。作者认为,椎弓峡部裂实质上主要是由局部应力增高而引起的疲劳骨折,而腰椎后伸与其关系最为密切。因此运动训练时应科学安排运动量,腰椎后伸动作较多的项目应定期进行X线检查,对于患者则应采取相应的保护与治疗措施。     

活体枢椎齿突三维重建模型与干骨标本解剖学研究

目的 探讨活体枢椎齿突三维重建模型与干骨标本解剖学差异. 方法 利用活体头颈部CT连续扫描数据,建立枢椎齿突三维重建模型,将其参数测量结果与干骨标本对应参数测量结果进行统计学分析.结果 枢椎齿突三维重建模型与干骨标本的枢椎总高度、齿突高度、齿突基底部的左右径、齿突基底部的前后径的统计学分析均无差异. 结论 活体枢椎齿突三维重建模型可以替代干骨标本进行解剖学研究.     

不同材料固定寰枢椎脱位在扭转状态下有限元分析

应用三维有限元分析法对前路寰枢椎脱位的患者,使用镁合金与钛合金材料TARP钢板固定,进行抗扭转特性对比分析,为临床提供理论依据。选择一例寰枢椎骨折脱位患者,进行CT薄层扫描,将Dicom数据导入计算机进行三维重建和有限元分析,对结果进行统计学分析。结果表明上颈椎的有限元模型外形逼真,几何相似性好,共包含65873个节点,201875个单元,应力集中区域为关节应力集中区域分别为颈2／3关节突关节,其次是寰椎前弓、后弓和侧块;再次为颈2椎弓,镁合金和钛合金固定材料有显著性差异（P〈0．05）。因此,应用CT扫描获取上颈椎空间结构信息建立的上颈椎模型可用于生物力学实验,镁合金材料比钛合金材料临床固定效果更好,值得在临床进一步推广应用。     

寰枕融合伴寰枢椎脱位的三维非线性有限元模型的建立和分析

目的 使用有限元技术建立正常寰枕枢椎三维非线性有限元模型及寰枕融合伴寰枢椎脱位三维非线性有限元模型,为上颈椎临床研究提供生物力学方法.方法 对1例27岁男性志愿者CT数据进行有限元分析,建立正常寰枕枢椎三维非线性有限元模型(正常模型).对1例35岁寰枕融合伴寰枢椎脱位男性患者CT数据进行有限元分析,使用计算机模拟其在高...     

不同工况对腰椎运动节段作用的三维有限元模型分析

目的：研究各种工况条件下腰椎活动节段的三维有限元模型。方法：使用ABAQUS6．5有限元分析软件建立L4-5运动节段的三维有限元模型,分析腰椎运动节段在屈曲、拉伸、侧屈及旋转扭矩作用力下各部结构的应力变化。结果i压缩时椎体密质骨、椎弓根、椎弓峡部和后部小关节部应力最高;拉伸时小关节出现应力集中,高于其他部分;侧屈时屈侧椎体、后部小关节及椎间盘部为应力集中,拉伸侧呈张应力;轴向旋转时后部小关节及椎间盘后部应力较高;屈曲加旋转时椎体及椎间盘前缘、后部小关节处出现应力集中。结论：应用有限元分析能形象模拟腰椎活动节段各种载荷下的应力分析,不同运动条件下,腰椎运动生理节段的应力集中部位不同。这是中医旋转复位手法治疗腰椎小关节紊乱和腰椎间盘突出症的力学依据之一。     

腰椎椎管狭窄症的生物力学研究

目的；从生物力学角度对腰椎椎管狭窄症的病因、病理、临床表现、诊断和手术治疗进行研究。方法；采用三维有限元模型，三维运动学测量、腰椎测量、影像学测量等方法，探讨 椎椎管狭窄症的生物学改变，并对该手术治疗作改进。结果；椎间盘纤维环后外侧、椎体后表面、椎弓根部、椎弓峡部和关节突关节等部位均产生明显的应力集中，而椎间盘退变及腰椎后仲均这一趋势加剧。后部结构切除手术除对于腰椎的生物力学行为有明确的影响，改进     

利用CT扫描及CAD技术建立第3～7颈椎三维有限元模型

目的：探讨3～7颈椎有限元模型的建立，以期应用于临床实验研究。方法：通过CT扫描、Unigraphics V18．0软件进行影像边界记录、定标等方法，按照点、线、面、体的顺序重建三维结构，采用CAD数据处理技术，输入相关的材料特性，构建3～7颈椎三维有限元模型。并通过有限元分析验证重建模型的有效性。结果：采用Unigraphics V18．0软件建立3～7颈椎的实体模型并划分单元，并分析了生理载荷下3～7颈椎不同组成部分的应力分布。结论：为颈椎有限元模型的建立提供了一种简便、准确的方法，为分析和研究各种情况下生物力学表现创造了条件。     

正常人体颈椎间盘的三维有限元分析

目的：研究下颈椎间盘三维有限元模型的建立及其应力分布情况.方法：通过CT扫描、Unigraphics V18.0 软件进行影像边界记录、定标等方法,按照点、线、面、体的顺序重建三维结构,采用CAD数据处理技术,输入相关的材料特性,构建下颈椎间盘三维有限元模型.结果：正常椎间盘纤维环在人体直立位、前屈位和后伸位时应力明显集中于后侧与后外侧,平均应力以后伸位最高.当椎间盘变性后,纤维环的平均应力水平比正常时显著降低.结论：建立颈椎间盘三维有限元模型并进行应力分析是可行的,且结果可信.     

间接暴力作用于颅底的应力分析研究

目的:探讨人从高处坠落足或臀着地时,间接暴力由脊椎传导到颅底造成颅底骨折的生物力学基础及颅底骨折的好发部位。方法:利用已经建立的颅底有限元模型,根据作用力与反作用力相等的原理,约束颅底模型上端所有自由度,分别以100N、200N、300N、400N的力量自下向上作用于枕髁,计算结束后,进入后处理模块读取数据并显示应力等值线图,得到不同大小的间接暴力作用于颅底时的应力分布图。结果:通过应力分布图可以观察到,当力量为100N时,应力主要集中在眶上裂、颈静脉孔、卵圆孔等;当力量为200N时,应力集中部位除上述孔(裂)周围外,还分布到颞骨岩部;当力量为300N时,应力集中部位又增加了额骨眶板;当力量为400N时,应力集中部位在上述部位均有扩大。结论:通过有限元分析得出,颅底遭受外力作用于枕髁时,应力主要分布于眶上裂、颈静脉孔、卵圆孔等孔(裂)周围和颞骨岩部、额骨眶板等骨质较薄处,而在骨板相对较厚且较平整的颅后窝分布较少,与临床上颅底骨折常见于颅前窝和颅中窝的事实完全相符。     

颈椎生理曲度变直全节段有限元建模与分析

目的 建立生理曲度变直的颈椎全节段有限元模型,对颈椎生理曲度变直的发生机制进行验证与分析.方法 选取符合颈椎曲度变直纳入标准的患者,采集其CT数据,使用生物力学有限元建模软件,精确重建颈椎各节段的独立实体模型,直接从三维实体模型划分生成高质量有限元体网格,进一步精细生成各种韧带、椎间盘、关节突软骨等组织和结构.结果 在前屈、后伸、侧弯和旋转情况下,生理曲度变直的颈椎全节段有限元模型活动度范围比正常值范围要小并且出现再分配.同时,在应力分布方面,C3～4、C4～5 之间的小关节、钩突关节,和C3～4之间的椎间盘容易出现应力集中情况,表明易出现损伤和退化.结论 新型生物力学有限元建模软件简单易用,所建生理曲度变直的颈椎全节段有限元模型结构完整,空间结构精度高,单元划分规则精细,有限元分析结果对生理曲度变直的颈椎病临床诊断有指导意义.     

脊柱腰段三维有限元模型的构建与椎间盘应力分析

［摘要］ 目的建立正常脊柱腰段三维有限元模型,为生物力学研究及腰椎损伤研究提供可靠模型。 方法采集1名健康成年男性脊柱腰段CT和MRI断层影像数据,应用Mimics软件依据CT数据对全部腰椎骨及骶骨上部进行三维模型重建,依据MRI数据对L1~L5椎间盘髓核进行三维模型重建。将椎骨与髓核进行空间配准,在此基础上建立椎间盘、关节囊和韧带的三维模型。在Ansys中划分网格并定义材料属性,对模型施加运动性载荷模拟脊柱腰段处于前屈、后伸、侧弯和扭转等运动工况下的生物力学特征,验证模型的有效性。 结果建立了完整的脊柱腰段三维有限元模型,包含椎骨、椎间盘、骶骨上端、韧带、关节囊等重要结构,总节点数为104 190个、总单元数为339 165个。模型通过有效性验证,运动工况下的角位移范围和椎间盘的应力分布特点符合腰椎的生物力学特性。 结论本研究建立的三维有限元模型仿真度高,可用于脊柱腰段的生物力学研究以及模拟疾病和手术对腰椎生物力学的影响。     

模拟推拿时腰椎小关节有限元模型的生物力学分析

【目的】采用生物力学的方法分析模拟推拿时正常和退变腰椎小关节的应力分布状况。【方法】通过有限元及配套影像方法，建立能准确反映第4腰椎与第5腰椎间(L4-5)小关节实际状况的有限元模型，对模型分别施加前屈、后伸、侧弯、旋转与压缩5种载荷，以分析比较其在模拟推拿作用时的受力情况。【结果】腰椎小关节在承载方面具有较大的作用，特别是在抗旋转推拿运动过程中的作用更为明显。【结论】对有明显退变的腰椎，使用前屈旋转手法时以轻巧手法为宜。     

The stress distribution of the lumbar spine and disc degeneration.

A three-dimensional finite element model of the lumbar motion segment was developed to study the effect of disc degeneration upon stress distribution in the lumbar spine. The results showed that after degeneration of the intervertebral disc, the stress distribution and load transmission of the lumbar spine are significantly changed. It is concluded that these changes provide a biomechanical basis for understanding the etiology of spinal canal stenosis and nerve root entrapment.     

颈前路零切迹椎间融合固定系统椎间融合术对邻近椎间盘生物力学影响的有限元分析

目的 探索颈前路零切迹椎间融合固定系统(Zero-P)椎间融合术对邻近椎间盘生物力学的影响,为颈椎病中远期疗效的评估提供参考.方法 采用正常成人颈椎薄层CT图像建立下颈椎(C4~C7)有限元模型,并验证其有效性,在此基础上建立单节段颈椎(C5/6)植入Zero-P系统后的有限元模型.分别加载前屈、后伸、侧弯、旋转等应力负荷,计算正常下颈椎及单节段颈椎(C5/6)植入Zero-P后相邻节段椎间盘的应力.结果 成功地建立了人体正常下颈椎、单节段(C5/6)植入Zero-P融合器后的下颈椎有限元模型.颈前路Zero-P椎间融合术后对邻近颈椎间盘应力较术前明显增大,以前屈及侧弯时更显著.结论 颈前路Zero-P椎间融合术可增加相邻椎间盘应力,术者需权衡利弊,充分考虑手术方式的影响,术后相应调整康复计划以减轻邻近节段负担.     

有限元方法在颈椎生物力学中的应用

目的：研究重建颈椎三维有限元模型。方法：通过CT扫描、Unigraphics V18．0软件进行影像边界记录、定标等方法，按照点、线、面、体的顺序重建三维结构，采用CAD数据处理技术，输入相关的材料特性，验证重建模型的有效性。结果：建立颈椎的三维有限元模型（C3／4），分析结果证明其在仿真分析中是可行的。结论：建立的颈椎三维有限元模型可以模拟生物力学实验。