寰樞椎脫位三維非線性有限元模型的建立和分析.pdf

1、研究目的：
　　 建立驗證有效正常上頸椎三維有限元模型；探索寰樞椎脫位有限元模型的建模方法；在正常上頸椎模型的基礎(chǔ)上建立寰樞椎脫位三維有限元模型；在寰樞椎脫位有限元模型上加載內(nèi)固定和進行分析；探索有限元方法在寰樞椎脫位臨床治療及基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用前景。
　　 研究方法：
　　 對健康成年男性志愿者進行CT 掃描,獲得枕骨底(C0)到C3的CT 數(shù)據(jù),以國際標準Dicom 格式存貯，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入有限元建模軟件，建立上頸

2、椎有限元幾何模型，加載韌帶及材料屬性，建立上頸椎三維非線性有限元模型，并運用有限元分析軟件進行分析計算。預(yù)載荷1.5N·m的力矩作用下使其產(chǎn)生前屈、后伸、旋轉(zhuǎn)、側(cè)屈運動,將模型的活動度(ROM)與Panjabi 測得正常上頸椎的實驗數(shù)據(jù)和Brolin K、Zhang等建立的上頸椎有限元模型數(shù)據(jù)對比進行驗證。
　　 在正常上頸椎三維非線性有限元模型的基礎(chǔ)上結(jié)合臨床實際脫位病例，運用有限元軟件，建立橫韌帶斷裂不伴有齒狀突骨折的寰樞椎

3、前脫位有限元模型，并進行有限元分析，測量并比較正常上頸椎模型及寰樞椎脫位模型在屈、伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)等工況下的活動度（ROM）。
　　 在寰樞椎脫位模型的基礎(chǔ)上加載常用的兩種寰樞椎后路內(nèi)固定系統(tǒng)，運用有限元軟件，測量屈、伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)等工況下的活動度（ROM），并進行應(yīng)力分析。
　　 結(jié)果：
　　 1.本實驗建立的上頸椎三維非線性有限元模型外觀逼真，幾何相似性好。共包含206747 單元，72500個節(jié)點。有限元分析

4、結(jié)果與Panjabi 發(fā)表的體外實驗和Brolin K、Zhang等建立的上頸椎有限模型分析結(jié)果基本相吻合。
　　 2、建立橫韌帶斷裂不伴有齒狀突骨折的寰樞椎前脫位有限元模型外觀逼真，幾何相似性好,各個工況下的活動度均較正常上頸椎模型明顯增大，尤其是前屈增加了17.8°,后伸增加了13.7°。
　　 3、加載了寰樞椎椎弓根釘內(nèi)固定系統(tǒng)和雙側(cè)經(jīng)寰樞關(guān)節(jié)螺釘及寰椎椎板鉤內(nèi)固定系統(tǒng)的上頸椎有限元模型與臨床實際相符。雙側(cè)經(jīng)寰樞關(guān)

5、節(jié)螺釘及寰椎椎板鉤內(nèi)固定系統(tǒng)寰樞椎各個工況的活動度要小于寰樞椎椎弓根釘內(nèi)固定系統(tǒng)。寰樞椎椎弓根釘內(nèi)固定系統(tǒng)，在后伸工況下應(yīng)力值最大，主要集中在連接棒和螺釘?shù)母?。雙側(cè)經(jīng)寰樞關(guān)節(jié)螺釘及寰椎椎板鉤內(nèi)固定系統(tǒng)在屈和伸的工況下應(yīng)力值較大，主要集中在螺釘通過寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)部位和螺釘根部。
　　 結(jié)論：
　　 1、建立的上頸椎三維非線性有限元模型真實有效,可以用于生物力學(xué)研究。
　　 2、在經(jīng)過驗證上頸椎有限元模型基礎(chǔ)