胸腰椎壓縮性骨折有限元模型的建立及過伸復(fù)位治療的生物力學(xué)分析.pdf

1、目的：構(gòu)建脊柱胸腰段以及胸腰椎單純壓縮性骨折的三維非線性有限元模型并進(jìn)行有效性驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上探討過伸復(fù)位法治療胸腰椎壓縮性骨折的機(jī)制。 方法：依據(jù)一例青年男性志愿者脊柱胸腰段超薄CT掃描數(shù)據(jù)，重建T11—L2的三維幾何形狀，自動劃分單元網(wǎng)格，根據(jù)CT值對骨骼結(jié)構(gòu)的材料屬性進(jìn)行分級定義。手工建立椎間盤的大體模型，劃分精細(xì)的單元網(wǎng)格，椎間盤各部分之間進(jìn)行布爾運(yùn)算。根據(jù)解剖學(xué)資料建立各組韌帶單元，采用6點(diǎn)階段線性法模擬韌帶的力一位移

2、曲線定義韌帶單元的材料屬性。在關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)處添加不同厚度的軟骨單元和接觸對，模擬關(guān)節(jié)接觸的力學(xué)行為。脊柱胸腰段三維非線性有限元模型構(gòu)建完畢后，施加與尸體標(biāo)本力學(xué)實(shí)驗(yàn)相同的靜態(tài)力矩載荷，模擬脊柱胸腰段的各種運(yùn)動，對模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。在驗(yàn)證有效的脊柱胸腰段三維非線性有限元模型上以施加位移的方式模擬椎體壓縮骨折的受傷機(jī)制建立T12、T12L1椎體壓縮性骨折的有限元模型，并依據(jù)1例臨床T12椎體壓縮性骨折患者的超薄CT掃描數(shù)據(jù)直接建立T12椎

3、體壓縮性骨折的有限元模型，并對兩個(gè)模型加載進(jìn)行有效性驗(yàn)證。在以正常原始資料所建的T12椎體壓縮性骨折的有限元模型上于不同的過伸支點(diǎn)模擬臨床過伸復(fù)位手法，分析復(fù)位過程中受傷椎骨不同部位的應(yīng)力和位移改變。 結(jié)果：構(gòu)建的脊柱胸腰段三維非線性有限元模型包含T11—L2的四個(gè)椎骨、3個(gè)椎間盤及相應(yīng)韌帶、關(guān)節(jié)軟骨等重要結(jié)構(gòu)。對模型施加生理載荷后，在前屈、后伸、旋轉(zhuǎn)和側(cè)屈運(yùn)動中的關(guān)節(jié)活動范圍與尸體實(shí)驗(yàn)結(jié)果接近。在較小載荷范圍內(nèi)，模型獲得了較大

4、的運(yùn)動范圍，隨著載荷的增加，運(yùn)動范圍的增加量趨于穩(wěn)定。模型表現(xiàn)出明顯的非線性力學(xué)行為。兩個(gè)T12椎體壓縮性骨折有限元模型的結(jié)構(gòu)相當(dāng)，加載后表現(xiàn)出相似的非線性力學(xué)行為。骨折模型在不同的過伸支點(diǎn)施加復(fù)位載荷后表現(xiàn)出了不同的復(fù)位效果，當(dāng)過伸支點(diǎn)在T12棘突頂點(diǎn)處時(shí)其位移改變最明顯，受傷椎骨各部位的力學(xué)特性最穩(wěn)定，但是小關(guān)節(jié)承受了較大的應(yīng)力。 結(jié)論：所建脊柱胸腰段和胸腰椎骨折三維非線性有限元模型的生物力學(xué)特征基本上符合人體真實(shí)的運(yùn)動規(guī)律