【精品】特发性脊柱侧凸椎体楔形变有限元模型分析

【精品】特发性脊柱侧凸椎体楔形变有限元模型分析 特发性脊柱侧凸椎体楔形变有限元模型 分析 [真诚为您服务] 作者:杨晓明，顾苏熙，李明，余慧琴，丁祖泉，傅强，方秀统 王静杰，倪建强 【摘要】 ,目的, 建立青少年特发性脊柱侧凸三维有限元模型，并在模型上进 行初步应力统计分析，量化比较部分应力值。,, 对1例特发性脊柱侧凸患 者行薄层CT扫描,获得的原始数据通过有限元软件建立特发性脊柱侧凸三维有限 元模型，在该模型上直接进行相关测量，并选取若干应力点分析正常载荷下的受力 情况。,结果,侧凸段各椎体楔性变在顶椎区域最大，椎体各点应力分布也呈现顶 椎区域集中的现象，楔变和应力大小均呈现向端椎逐渐减小的趋势。,结论,脊柱 侧凸三维有限元模型可以方便地进行脊柱侧凸各种条件下的应力变化分析，为脊柱 侧凸的相关生物力学理论和临床研究提供了可能。 【关键词】 特发性脊柱侧凸; 有限元; 生物力学; Hueter-Volkmann原理 Abstract: ,Objective,To establish 3D finite element model of adolescent idiopathic scoliosis. Stress analysis on established 3D finite element model was done to compare the specific quantity of stress among every vertebra. ,Method, Under the help of related softwares, 3D finite element model was established from CT scan of a adolescent idiopathic scoliosi. A number of points were chosen on the model. Stress analysis was done in normal loading.,Result, Vertebral wedging and stress distribution showed significant regularity. The result was the largest in the apical region, and showed a gradual decrease to the end vertebral.,Conclusion,Relative biomechanical and clinical analysis can be easily conducted on 3D finite element model of scoliosis. It is possible to analyze diversity of stress on different conditions. Key words:idiopathic scoliosis; finite element; biomechanical; Hueter-Volkmann principle 脊柱侧凸是最常见的脊柱畸形之一，是合并有冠状面侧方弯曲以及矢状面、横断面异常的三维畸形，其中以青少年特发性脊柱侧凸最多见。虽然国内外众多学者进行了大量基础及临床研究，但其确切病因及进展机制仍不明确。众多文献报道Hueter-Volkmann原理可能在脊柱侧凸进展过程中扮演了重要角色,1、2、4、5,。本研究就是利用建立的特发性脊柱侧凸有限元模型，对该法则进行力学分析探讨。 1 资料与方法 1.1 一般资料 青少年特发性脊柱侧凸患者(Lenke1AN)，女，17岁。应用螺旋CT沿人体横断面进行扫描，扫描范围为T6上缘到L1下缘(侧凸段)，扫描层距为0.8 mm，共277层，数据以DICOM和BMP两种格式存盘。 1.2 研究方法 1.2.1 模型建立:利用获得的薄层断面资料进行二维图像的初步处理，将同一张图片内属于不同椎体的部分分为不同图片保存，提取出单个椎体图像信息。将处理后的每一椎体的图片导入Simpleware2.1软件，建立相应笛卡儿坐标系生成每一椎体的三维实体模型。加入间盘结构后，得到侧凸段三维实体模型。通过逆向工程软件Geomagic 8.0对所得模型面打磨光滑，并将其表面拟合成C1连续的非均匀有理B样条(NURBS)曲面。最后，将模型导入ABAQUS 6.6软件，对椎体和椎间盘用三维10节点四面体结构实体单元C3D10M进行网格划分，对关节囊和韧带用三维桁架单元T3D2模拟，参考相关文献赋予各部分材料属性，生成三维有限元模型(表1)。