胸腰椎壓縮性骨折有限元模型的建立及過伸復位治療的生物力學分析.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行有效性驗證，在此基礎(chǔ)上探討過伸復位法治療胸腰椎壓縮性骨折的機制。 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)的材料屬性進行分級定義。手工建立椎間盤的大體模型，劃分精細的單元網(wǎng)格，椎間盤各部分之間進行布爾運算。根據(jù)解剖學資料建立各組韌帶單元，采用6點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，施加與尸體標本力學實驗相同的靜態(tài)力矩載荷，模擬脊柱胸腰段的各種運動，對模型的有效性進行驗證。在驗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，并對兩個模型加載進行有效性驗證。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模擬臨床過伸復位手法，分析復位過程中受傷椎骨不同部位的應力和位移改變。 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的四個椎骨、3個椎間盤及相應韌帶、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)屈運動中的關(guān)節(jié)活動范圍與尸體實驗結(jié)果接近。在較小載荷范圍內(nèi)，模型獲得了較大

4、的運動范圍，隨著載荷的增加，運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行為。兩個T12椎體壓縮性骨折有限元模型的結(jié)構(gòu)相當，加載后表現(xiàn)出相似的非線性力學行為。骨折模型在不同的過伸支點施加復位載荷后表現(xiàn)出了不同的復位效果，當過伸支點在T12棘突頂點處時其位移改變最明顯，受傷椎骨各部位的力學特性最穩(wěn)定，但是小關(guān)節(jié)承受了較大的應力。 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特征基本上符合人體真實的運動規(guī)律