不同分型腰椎-骨盆矢状位序列的模型建立及应力分析

第一作者:姜 帅

2016-07-27 点击量:257   我要说

姜帅  孙卓然  李危石  胡磊  张小娟

目的:依据腰椎-骨盆矢状位序列分型,建立4例腰椎有限元模型,比较其在椎间盘及椎弓峡部的应力分布。

方法:依据腰椎-骨盆矢状位序列分型,选取4名青年健康志愿者,每型各1名志愿者(Ⅰ型,女,20岁;Ⅱ型,男,21岁;Ⅲ型,男26岁;Ⅳ型,女,19岁)。4名志愿者行腰椎CT检查,并通过Mimics、Geomagic、Hypermesh、ABAQUS软件构建4例L1~L5腰椎有限元模型。在施加400N垂直压缩载荷和沿X、Y、Z轴方向施加10N·m的力矩载荷后,计算模型在前屈、后伸、侧弯、扭转工况下的平均刚度,并验证模型的有效性。只施加400N垂直压缩载荷的情况下,分析各模型纤维环及椎弓峡部的应力分布。

结果:4例模型在前屈、后伸、侧弯、扭转工况下平均刚度与既往体外实验文献结果较为接近。在承受400N的垂直压缩载荷下,4例模型均从L1/2至L4/5纤维环所受应力逐渐增加,且应力大多集中在纤维环的后部;Ⅰ型和Ⅱ型椎弓峡部的应力主要集中在L4,而Ⅲ型和Ⅳ型椎弓峡部应力主要集中在L3。从Ⅰ型到Ⅳ型,L4/5纤维环后部平均应力与L1/2纤维环后部平均应力的比值逐渐减少(203.69%,197.58%,167.74%,139.85%);L5双侧椎弓峡部平均应力与L1双侧椎弓峡部平均应力的比值逐渐增加(204.38%,212.59%,271.43%,292.98%)。

结论:本实验所建立的4例腰椎有限元模型验证有效,可以进行生物力学分析与模拟,不同类型腰椎-骨盆矢状位序列个体腰椎在纤维环及椎弓峡部的应力分布存在差异。


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