儿童颈椎关节突关节有限元模型的建立与验证

• 作者: 和雨洁 李沛 薛明明 李志军 李筱贺 王星 高明杰 邬超 康志杰 张少杰 王海燕
• 来源期刊: 中国组织工程研究
• 学科: 医学
• 关键词: 颈椎 关节突关节 学龄前儿童 有限元 活动度 力学载荷 数字模型
• 年，卷（期）: 2022,（33）
• 所属期刊栏目: 骨与关节生物力学|Bone and joint biomechanics
• 页码范围: 5265-5270
• 页数: 6页
• 分类号: R459.9|R318|R322
• 语种: 中文

摘要

背景:由于儿童颈椎尚未发育成熟,韧带相对松弛、关节面相对水平、钩椎关节开始发育,因此儿童颅颈交界区和下颈椎更易损伤.研究儿童颈部的力学特性和损伤机制对于其保护和治疗具有重要意义.目的:建立4岁儿童全颈椎有限元模型,对比分析各节段关节面的最大应力值,了解其不同运动状态下的力学变化规律.方法:将连续扫描的颈椎断层影像原始数据以DICOM格式导入Mimics 21.0软件,分别重建C0-T1的3D模型,再导入到3-Matic软件,建立椎间盘初步几何模型,然后进行去噪、铺面、平滑等处理,完善后的模型导入Hypermesh软件进行网格划分,对材料进行属性赋值后导入ANSYS 19.2软件中建立有限元模型,设定边界和载荷条件,观测各节段关节活动度及关节面的应力应变值.结果 与结论:①在前屈、后伸、左侧屈和右侧屈状态下,小关节活动度最大值均位于C4/5(4.71°,4.13°,7.21°,7.22°),而在轴向旋转(左旋转、右旋转)状态下,活动度最大值则位于C2/3(9.54°,9.65°);②椎间盘最大应力在右侧屈状态下明显大于其余运动状态,除前屈状态最大应力值位于C5-6(0.235 MPa),其余状态椎间盘最大应力值均位于C6-7;C2-3节段椎间盘在6种工况下的最大应力均小于其余节段;③同一椎体的下关节突关节面最大应力在6种工况下均大于上关节突关节面,随椎序的增加呈递增趋势,峰值位于后伸位C6下关节突关节面(1.481 MPa),谷值位于前屈位C2上关节突关节面(0.005 MPa);④结果表明,C2/3-C6/7颈椎小关节活动度最大节段位于C2/3,且其最大位移值与最大应力呈负相关,由此颈椎失稳常见于上颈椎节段;颈椎右侧屈位时C6-7节段椎间盘应力值最大,是颈椎间盘突出的常见部位;C6/7关节突关节无论在何种工况运动状态,关节所受到的牵拉负荷最大,是颈椎小关节源性颈椎病的常见部位.