脊柱腰骶段的三維有限元建模及生物力學(xué)分析.pdf

1、目的：尋求脊柱腰骶段三維有限元模型準(zhǔn)確構(gòu)建的方法，并探討不同體位下腰骶段應(yīng)力的變化，研究與之相關(guān)疾病的生物力學(xué)機(jī)制。 方法：選取一健康成年男性，行影像放射學(xué)檢查和臨床檢查排除相關(guān)疾病后對(duì)腰骶段行螺旋CT斷層掃描。提取數(shù)據(jù)導(dǎo)入醫(yī)學(xué)圖像軟件Mimics生成腰骶段三維實(shí)體模型，光滑處理和網(wǎng)格劃分后導(dǎo)入Patran前處理軟件生成L5和骶骨的四面體單元，然后生成椎間盤、終板模型、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)模型和周圍韌帶的模型。最后對(duì)模型單元材料屬性進(jìn)行設(shè)

2、定并導(dǎo)入有限元模型構(gòu)建軟件中。使用ABAQUS有限元分析軟件，設(shè)定L5以上負(fù)載為500N，模擬人體中立位時(shí)的工況；對(duì)L5施加15N·m的力矩，分別模擬人體前屈、后伸、左彎，右旋的情況。計(jì)算模型的平均剛度驗(yàn)證模型，分析模型的應(yīng)力分布與應(yīng)力傳到情況。 結(jié)果：(1)所構(gòu)建的腰骶段三維有限元模型共包括51,072個(gè)實(shí)體單元，396個(gè)線單元，總計(jì)共12,934個(gè)結(jié)點(diǎn)。模型包含了接觸非線性，幾何非線性兩種結(jié)構(gòu)的非線性類型。 (2)本

3、模型在前屈、后伸、側(cè)屈和扭轉(zhuǎn)作用下的平均剛度分別為2.10 N·m/°3.12 N·m/°、3.07 N·m/°和7.80 N·m/°，結(jié)果處于其他尸體實(shí)驗(yàn)研究的平均剛度范圍中間。 (3)通過比較各種體位下模型的應(yīng)力分布發(fā)現(xiàn)：①屈伸體位下，應(yīng)力集中在L5椎體后部，且后伸時(shí)應(yīng)力值最大；②無論前屈或后伸，L5峽部和關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)都承受較大的應(yīng)力。側(cè)屈時(shí)應(yīng)力集中在同側(cè)峽部，扭轉(zhuǎn)時(shí)則集中在對(duì)側(cè)。③中立位和前屈時(shí)，骶骨兩側(cè)的髂翼傳導(dǎo)了大部分的