腰1椎体应力的有限元分析及分区

• 作者: 姚云翔 常山 李育刚 梁川东 肖永川 许泽川
• 来源期刊: 中国脊柱脊髓杂志
• 学科: 医学
• 关键词: 腰椎 应力分区 载荷 有限元
• 年，卷（期）: 2020,（11）
• 所属期刊栏目: 基础研究
• 页码范围: 1016-1026
• 页数: 11页
• 分类号: R318.01
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1004-406X.2020.11.08

摘要

目的:利用有限元分析法研究在不同等级载荷及不同运动状态下腰1(L1)椎体皮质骨及松质骨的应力分布情况,并建立应力分区.方法:选取1例志愿者行胸腰段CT平扫,获取CT原始数据以DICOM导入Mimics、Geomagic、SoliderWorks、HyperMesh、Abaqus等有限元软件,构建正常胸腰段椎体(T11～L2)模型,在T11椎体上缘均匀施加力学载荷,将在载荷500N、弯矩7.5N·m下产生的所有运动状态称为α组,载荷600N、弯矩7.5N·m下产生的所有运动状态称为β组,载荷700N、弯矩7.5N·m下产生的所有运动状态称为γ组.选取L1椎体,从矢状面观正中分割分为上下两部分,上半部分标记为A区,下半部分标记为B区;从椎体正中央至椎体边缘呈同心圆均匀划分6段,上下各构成三维圆弧柱形6部分,从外缘到中央依次标记为1、2、3、4、5、6区,构成A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3、B4、B5、B6区域共12部分;分别在α、β、γ三组中均匀采集上述12区域内皮质骨及松质骨应力数据,对皮质骨及松质骨相邻区域内应力值进行两两配对t检验,将差异具有统计学意义的两相邻区域独立成区,将差异无统计学意义的两相邻区域进行合并成区,得到最终应力分区.结果:在仅组中,A1区域皮质骨和松质骨的平均应力与A2区域比较差异均具有统计学意义;A2区域与A3区域比较差异无统计学意义;A3区域与A4区域比较差异具有统计学意义;A4区域、A5区域、A6区域三者之间两两比较差异均无统计学意义;B区域规律同A区域.在β组中,皮质骨中A区域及B区域应力均满足α组中统计学意义规律,松质骨中A4区域与A5区域、B4区域与B5区域两两比较差异具有统计学意义,其规律与α组一致.在γ组中,皮质骨及松质骨A4区域与A5区域、B4区域与B5区域应力两两比较差异具有统计学意义,其余与α组规律相同.根据统计学规律,将L1椎体分为A1(A Ⅰ)、A23(AⅡ)、A456(AⅢ)、B1(B Ⅰ)、B23(BⅡ)、B456(BⅢ)六个区域,其中AⅡ区域应力分布最为集中,称之为核心应力区,AⅠ、BⅠ、BⅡ应力分布次之,称之为主要应力区,AⅢ、BⅢ应力分布最少,称之为次要应力区.结论:L1椎体应力分布较为固定且呈现一定规律性,其中核心应力区、主要应力区和次要应力区承受应力依次减弱,有助于临床骨折类型预判和评估.