颈枕部三维非线性有限元模型的有效性验证*☆

• 作者: 姜红堃 李雷 段景柱 王刚 王欢 金国鑫
• 来源期刊: 中国组织工程研究
• 学科: 医学
• 关键词: 骨关节植入物 脊柱植入物 颈椎 生物力学 有限元法 寰枕关节 寰枢关节 省级基金
• 年，卷（期）: 2013,（17）
• 页码范围: 3049-3056
• 分类号: R318
• 字数: 5487字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2013.17.002

摘要

背景:人体组织属性主要表现为非线性,颈枕部的生物力学特点更易受软组织材料属性变化的影响,因此建立非线性有限元模型与人体真实属性更接近. 目的:构建正常成人颈枕部三维非线性有限元模型并验证其有效性. 方法:利用MarConi MX8000多层螺旋CT对健康成人进行颅底-C3段扫描,获取二维图像.直接读入Dicom格式原始图像,图像分割,数据光顺,三维重建后生成颅底-C3节段脊柱三维实体模型;将此模型导入ScanFE模块,进行体网格划分;在ANSYS 10.0软件中直接导入以上三维模型,构建颅底-C3段内韧带单元,模拟韧带力-位移曲线,建立完成颅底-C3段的三维非线性有限元模型.垂直向下方向施加40 N预载荷,1.5 N?m力矩模拟前屈、后伸、侧屈及旋转运动,对比分析实验结果,判断模型应力分布与临床相符度. 结果与结论:构建的三维非线性有限元模型包括663551个单元,178247个节点.施加预载荷及1.5 N?m力矩后,寰枕关节运动范围为前屈13.3°、后伸11.9°、侧屈4.3°、旋转8.7°;寰枢关节运动范围为前屈15.5°、后伸12.6°,侧屈6.4°、旋转30.8°,与尸体标本实验结果相符.从整个模型的纵向应力分布看,在任何相对位置状态下,枢椎齿状突后方的应力均较高,后伸位时应力增高区域加大.上颈椎的应力主要集中于椎管周围,寰椎侧块两端及枢椎横突的应力则较小.对比研究发现,在不同相对工况下前屈、后伸、侧屈、旋转时C2-C3小关节应力均大于钩椎关节,颈枕部三维非线性有限元模型的应力分布特点符合临床实际情况.结果提示应用多层螺旋CT扫描得到的二维图像及simple ware、Ansys10.0软件,建立的颈枕部三维非线性有限元模型符合人体真实的运动规律,可以很好地模拟颈枕部的生物力学特性.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	姜红堃	中国医科大学附属一院儿科	55	140	6.0	8.0
2	王欢	中国医科大学附属盛京医院脊柱创伤骨科	160	948	16.0	23.0
3	李雷	中国医科大学附属盛京医院脊柱创伤骨科	68	470	12.0	19.0
4	段景柱	中国医科大学附属盛京医院脊柱创伤骨科	30	328	11.0	17.0
5	金国鑫	中国医科大学附属盛京医院脊柱创伤骨科	23	162	8.0	12.0
6	王刚	沈阳骨科医院创伤骨科	1	4	1.0	1.0