颈椎三维有限元模型的建立与应用

论文摘要

目的:①建立颈椎的三维有限元模型(C4/5/6),以用于临床试验研究。②探讨椎间盘退行变后颈椎的生物力学变化及其对颈椎稳定性的影响。③探讨颈椎椎间盘切除植骨融合后相邻FSU的生物力学变化及其对颈椎退变的影响。④探讨在颈椎人工椎间盘置换后颈椎生理运动的变化及有限元模型在颈椎人工椎间盘的开发与设计中的应用。 方法:①选取一名健康成年男性志愿者,行影像放射的学检查和临床查体排除脊柱疾患后,用Siemens Somatom Sensation 16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Materialise Mimics,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Unigraphics NX生成三维实体,并进行修改光滑处理。根据测量数据直接用Unigraphics NX作图软件建立C4/5,C5/6椎间盘的三维实体图形。将三维实体图形导入ANSYS 8.1有限元分析软件进行网格化。录入各结构的材料力学特性,构建出颈椎的三维有限元模型,进行边界设定,在模型上加载45N的预载荷,再加以2.0 N·M的纯力矩模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧曲、旋转的生理活动,观察正常FSU(C4/5)的运动与受力,并与体外实物生物力学实验结果比较。②在FSU(C4/5)的三维有限元模型上改变椎间盘的材料、力学性质及高度,模拟椎间盘退变的病理状态,再加以45N预载荷,2.0N·M的纯力矩模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧曲、旋转的生理活动,分析其运动范围及受力与正常的对比。③将C5/6椎间盘用骨的材料及力学性质代替并通过边界设定模拟C5/6椎间植骨融合,再施加45N的预载荷,2.0 N·M的纯力矩模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧曲、旋转的生理活动,分析其相邻节段FSU(C4/5)的活动范围及受力与正常对比。④将C4/5的椎间盘用颈椎人工椎间盘的理论模型代替,以45N的预载荷,2.0 N·M的纯力矩模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧曲、旋转的生理活动,分析C4/5的活动范围与正常对比。

论文目录

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• 结论
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