正常男性腰椎三維有限元模型的建立并證明其在所給力矩載荷下的有效性.pdf

1、目的:尋求創(chuàng)建正常人體的全腰椎L1-L5的3-D FE模型的方法，并證明及探討其在所給的載荷下的有效性。
　　方法:篩選一名健康的無腰腹部外傷史、無脊柱畸形、無脊柱疼痛史、無退行性病變的自愿者，行CT進行斷層掃描，收取所采集的DICOM格式圖片并給予保存。根據(jù)所需圖像的要求，選取303張圖片。設定目標圖像的界定值和閾值，盡可能的使CT圖片上的每個斷層保持基本的上下一致，盡可能的減少選定圖片的相對移位和偏轉(zhuǎn)。在MIMICS軟件之中根

2、據(jù)選好的CT圖片中不同的組織灰度值，通過設定的圖像界定值和閾值，來得到所需要的組織，逐層并且分割處理已經(jīng)選取好的CT圖像，消除周圍的軟組織及偽影。這次的研究將每個椎體都看成獨立的圖像進行區(qū)分，運用圖像分割的技術(shù)得到所需要的模型，這期間付出了大量的手工操作。將所取得的數(shù)據(jù)輸入MIMICS軟件中生成三維圖像，將三維圖像導入GeoMagic Studio12軟件中，進行簡化、填充孔、去除特征、松弛及修復相交區(qū)域等一系列處理后，形成5個三維實體

3、模型的椎體。把5個腰椎三維實體模型輸入Solidworks2012 FE分析軟件，將5個椎體的相對位置進行還原并組織各個椎體，建造椎間盤、髓核、纖維環(huán)基質(zhì)和小關節(jié)等模型。將獲取的全腰椎3-D FE模型輸入Hypermesh中完成網(wǎng)格化區(qū)分，于Abuqas6.12軟件中賦予材質(zhì)模仿腰椎正?；顒?，將L5椎體下的終板進行約束，在L1椎體的上終板給予2kg·m-2·s-2、4kg·m-2·s-2、6kg·m-2·s-2、8kg·m-2·s-2、

4、10 kg·m-2·s-2載荷分別使腰椎前屈、后伸、左側(cè)彎、左旋、右側(cè)彎、右旋，分別計算平均剛度值(kg·m-2·s-2/°)，將算取的剛度值和公認文獻結(jié)果進行比較，來驗證創(chuàng)建的3-D FE模型的有效性。
　　結(jié)果:(1)創(chuàng)建了正常的人體全腰椎L1-L5的3-D FE模型，共計55945個結(jié)點，297610個單元數(shù)，2mm大小網(wǎng)格。(2)所創(chuàng)建的全腰椎L1-L5的3-D FE模型具有高度逼真性，更加接近真實性，更為可靠。(3)本次

5、實驗所創(chuàng)建的全腰椎3-D FE模型給予2kg·m-2·s-2、4kg·m-2·s-2、6kg·m-2·s-2、8kg·m-2·s-2、10 kg·m-2·s-2載荷分別使腰椎前屈、后伸、左側(cè)彎、左旋、右側(cè)彎、右旋，計算平均剛度值(kg·m-2·s-2/°)分別為0.272、0.472、0.414、1.076、0.431、1.374。結(jié)果處于其他學者所研究的平均剛度值范圍之間。
　　結(jié)論:本次實驗所創(chuàng)建的全腰椎L1-L5的3-D F