腰椎2～4节段FEM的建立及其有关绝经后女性腰椎的研究

论文摘要

目的：(1)建立正常人腰椎L2～L4椎体节段有限元模型；(2)研究绝经后女性骨量正常、骨质疏松病人及骨质疏松伴骨折病人在椎间盘正常及退变时前屈或后伸体位状态下腰椎的应力、应变分布；(3)探讨两种体位下椎间盘纤维环应力、位移的变化。方法：选择1例正常成年健康女性，使用螺旋CT薄层扫描获得腰椎图像，用MATLAB和ANSYS软件进行图像分析，建立正常人L2～L4的三维有限元模型。参照文献中生物力学测试结果，验证模型的有效性。将验证有效的模型通过改变材料参数，模拟骨量正常、骨质疏松及骨质疏松伴骨折的骨量情况和椎间盘正常及退变的状态，生成多个相应的有限元模型。各模型施加载荷，模拟前屈及后伸两种体位，记录模型的应力分布图、应变分布图、各椎体中部松质骨应变≧5000μ的比例及皮质骨最大Von Mises应力、椎间盘纤维环的最大Von Mises应力和最大x轴、y轴位移。结果：(1)建立了L2～L4活动节段的有限元模型，模型验证有效。(2)应变至5000μ的松质骨比例，前屈体位，椎间盘正常时，骨量不同的三组间差异具有统计学意义；椎间盘退变前后三组内差异均具有统计学意义。后伸体位，椎间盘正常时骨质疏松与骨质疏松伴骨折组差别无统计学意义；椎间盘退变前后三组内差异均具有统计学意义。(3)皮质骨最大Von Mises应力，任意体位，正常椎间盘时三组间腰2、3椎体的差别具有统计学意义；骨质疏松组椎间盘退变前后各椎体差别具有统计学意义。(4)椎间盘的最大Von Mises应力均出现于前屈位，骨质疏松时，椎间盘正常和退变的纤维环最大Von Mises应力以及最大x轴、y轴位移的差别均具有统计学意义，且在前屈位时差别显著。结论：(1)正常人L2～L4有限元模型验证有效。(2)相同体位，骨量正常、骨质疏松及骨质疏松伴骨折组腰椎椎体发生骨折的风险性不同，骨量减低骨折危险性增大。(3)相同椎间盘状态，骨质疏松组及骨质疏松伴骨折组的应力分布规律与骨量正常组相同。(4)椎间盘退变后，椎体的周边部位更易发生骨折，椎间盘疾病则更易发生在前屈体位。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 前言
• 第一部分 正常人L2～L4运动节段有限元模型的创建
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 第二部分 正常、骨质疏松及骨质疏松伴骨折者三组受力的有限元研究
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 先进性
• 参考文献
• 综述
• 致谢