脊柱頸段數字化模型建立及其對椎動脈型頸椎病的應用研究.pdf

1、目的：脊柱頸段是人體脊柱的重要組成部分，活動度大，穩(wěn)定性差，解剖結構復雜。本研究旨在通過CT數據在普通PC機上建立脊柱頸段的局部有限元模型，準確反映其復雜的解剖結構及空間毗鄰關系，為臨床脊柱頸段疾患的診斷和治療提供可靠的影像和解剖學資料。通過對有限元模型加載邊界條件、載荷等力學參數，模擬椎動脈型頸椎病患者在轉頭后椎動脈的血流變化情況，探討椎動脈型頸椎病的流體力學特點，為椎動脈型頸椎病發(fā)病機制提供有限元模擬生物力學方面的理論依據，并希望其

2、對臨床診斷、治療以及治療后評價提供一定的幫助。
　　 方法：本模型選取一名經臨床證實為椎動脈型頸椎病的男性患者作為志愿者，42歲，身高175cm，體重70kg，行螺旋CT掃描，掃描范圍包括全部頸椎及椎間盤，螺旋CT掃描參數為：120kv，250mA，層厚0.625mm，螺距0.516。使用高壓注射器以4ml/s的流率經肘靜脈團注碘帕醇70ml，延遲9s掃描，最終得到186幅分辨率為512×512像素的CT斷層圖像。將CT掃描數據

3、以DICOM格式存儲入可讀寫光盤。
　　 將DICOM文件導入Mimics10.01軟件，對原始圖像進行蒙皮、分割、光滑等步驟生成頸椎骨、椎間盤及椎動脈的三維模型。將模型以點云的形式導入逆向工程軟件Geomagic Studio9進行光滑及除噪處理，生成實體模型經過組裝，獲得可進行有限元分析的脊柱頸段數字化模型，并經過解剖學數據驗證。
　　 從Geomagic Studio9里生成的實體模型以IGES文件導入到有限元分析

4、軟件ANSYS11.0中去，對每個椎骨、間盤及椎動脈進行網格劃分，定義椎體及椎間盤為各項同性線彈性材料，椎動脈管壁設定為光滑、無滲透性的剛性管壁，流體性質為血液。選取C4、5節(jié)段椎動脈有限元模型作為實驗對象，設置邊界條件、進行力學加載，對數據進行求解得出正常椎動脈血流模型的血液動力學特點；建立模擬人體轉頭后椎動脈受壓變狹窄的椎動脈模型并求解，對比兩者在血液流速、血流對管壁的壓力及血流流線等血流動力學方面的變化特點。
　　 結果：

5、
　　 1．建立了基于CT斷層圖像應用Mimics生成的人體脊柱頸段三維可視化模型，含全部7塊頸椎體、5個椎間盤及2條椎動脈。
　　 2．通過Gemagic Studio9建立了脊柱頸段局部實體模型，整個模型共有95602個單元、135369個節(jié)點。其中骨骼單元83216個、節(jié)點120523個；椎間盤單元3683個、節(jié)點4825個；血管單元8703個、節(jié)點10021個。
　　 3．得到了椎動脈受壓變狹窄前后血液流

6、速矢量圖、管壁壓力圖、總壓力圖及血流流線圖可用于椎動脈型頸椎病的生物力學分析。
　　 結論：
　　 1．通過本課題的研究，獲得了一種基于CT斷層圖像數據，在PC機上應用Mimics生成脊柱頸段三維可視化模型的方法。
　　 2．建立的脊柱頸段有限元模型，外形逼真，幾何相似性及生物力學特性經過驗證可以用來進行生物力學研究。成功模擬出椎動脈型頸椎病患者轉頭后椎動脈血流改變的有限元模型。
　　 3．通過有限元分析