模拟寰枢椎前后路融合术后对颈椎生物力学影响的有限元分析

论文摘要

目的:在正常枕颈区三维有限元模型基础上建立寰枢椎前、后路融合术后模型;并考察对比其对颈椎生物力学改变及稳定性影响。方法:（1）获取正常枕寰枢SCT扫描的计算机数字图像数据利用Mimics软件将图像坐标数据转换成ASCⅡ格式的点云数据,并利用CATIA软件对点云进行处理通过Geomagic studio、Catia建立枕颈区模型然后导入有限元处理软件Hypermesh、Ls-dyna建立枕颈区有限元模型,并确定模型加载的边界条件和加载方式,对改模型进行有效性验证（04级同学已经完成）;（2）依据枕颈区病变行“口咽入路寰椎前弓齿突切除侧块关节融合”和“口咽入路寰椎前弓齿突切除后路融合”手术在有效正常模型上通过单元结构删、填建立骨性结构来模拟术后模型;（3）将C2椎体下表面定位,模拟颈椎运动的俯仰、左右侧弯、旋转加载力了解术后颈椎应力改变云图及活动度。结果:在正常枕颈区三维有限元模型上通过Hypermesh软件对寰椎前弓、齿突、侧块关节、环椎后弓等相应区域的单元进行删除或填充,建立了寰枢椎手术前、后路融合后模型;模型加载实验表明两手术均寰椎前弓齿突切除,导致临近关节活动度增加,融合后重建了椎体的稳定性,但寰枢关节活动尚失。应力云图数据表明两手术均有应力增加表现,前路融合术侧弯运动应力有明显增大;后路融合术后俯仰运动时后弓于侧块交接处应力表现过于集中。结论:在正常有效的枕寰枢有限元模型上能够建立前、后路融合寰枢椎术后模型。并对该模型生物力学改变及对颈椎稳定性的影响可以进行有效的、可重复性的有限元仿真分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 第二章 材料与方法
• 2.1 建模材料
• 2.1.1 实验标本
• 2.1.2 设备
• 2.1.3 软件
• 2.2 几何建模方法
• 2.2.1 枕颈区CT图像扫描
• 2.2.2 点云数据的获取
• 2.2.3 点云数据的过滤
• 2.2.4 几何模型的建立
• 2.3 有限元网格划分
• 2.3.1 材料属性定义
• 2.3.2 韧带的重建
• 2.3.3 关节面接触定义
• 2.4 枕颈区有限元模型的验证
• 2.4.1 模型的轴向验证
• 2.4.2 模型的俯仰验证
• 2.5 寰枢椎术后模型的建立方法
• 2.5.1 前路融合寰枢椎模型建立方法
• 2.5.2 后路融合寰枢椎模型建立方法
• 2.6 寰枢椎术后模型稳定性分析方法
• 第三章 结果
• 3.1 模型的建立
• 3.2 模型的验证
• 3.2.1 模型轴向验证的结果
• 3.2.2 模型俯仰验证的结果
• 3.2.3 模型验证结果的应力云图
• 3.3 术后模拟模型的建立
• 3.3.1 前路融合术后模拟模型建立
• 3.3.2 后路融合术后模拟模型建立
• 3.4 术后模拟模型仿真结果分析
• 3.4.1 正常模型仿真结果分析
• 3.4.2 前路融合术后模拟模型仿真结果分析
• 3.4.3 后路融合术后模拟模型仿真结果分析
• 3.4.4 正常模型与前、后融合术后模型仿真结果对比分析
• 第四章 讨论
• 4.1 正常枕颈区有限元模型的建立与有效性验证
• 4.2 术后模型建立
• 4.3 前、后路融合术后模型及正常模型的仿真结果对比分析
• 4.4 本模型的不足之处
• 参考文献
• 综述
• 致谢