1、[目的] 1.通過一例青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者的薄層CT掃描資料。建立特發(fā)性脊柱側(cè)凸有限元分析模型,并對其有效性進行驗證。 2.在已建立的有限元模型上進行初步生物力學(xué)研究實驗。 [方法] 1.對一例青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸(LenkelAN)患者行薄層螺旋CT沿人體橫斷面進行掃描,掃描范圍為第六胸椎(T6)上緣到第一腰椎(L1)下緣(側(cè)凸段),掃描層距為0.8mm,共277層,數(shù)據(jù)存盤。利用獲得的薄層斷面資料

2、進行二維圖像的初步處理,將同一張圖片內(nèi)屬于不同椎體的部分分為不同圖片保存,提取出單個椎體圖像信息。將處理后的每一椎體的圖片導(dǎo)入Simpleware2.1軟件,建立相應(yīng)笛卡兒坐標系生成每一椎體的三維實體模型。加入間盤結(jié)構(gòu)后,得到側(cè)凸段三維實體模型。通過逆向工程軟件Geomagic8.0對所得模型表面打磨光滑,并將其表面擬合成Cl連續(xù)的非均勻有理B樣條(NURBS)曲面。最后,將模型導(dǎo)入ABAQUS6.6軟件,參考相關(guān)文獻賦予各部分結(jié)構(gòu)的材

3、料屬性,劃分單元網(wǎng)格生成三維有限元模型。 2.選用國外先前類似研究結(jié)果進行計算對比,以驗證模型的有效性。模型L1椎體下表面固定,對T6上端先后施加150N的側(cè)彎力和前屈力,最后施加10Nm力矩的旋轉(zhuǎn)力,分別模擬脊柱的側(cè)彎、前曲和扭轉(zhuǎn)運動,分析實驗結(jié)果并與國外實驗對比。 3.在有限元模型上進行椎體兩側(cè)高度的實際測量和載荷情況下應(yīng)力分布分析,在具體數(shù)值水平對側(cè)凸兩側(cè)進行對比分析,再檢驗其與Hueter-Volkmann原理的

4、符合程度。 [結(jié)果] 1.本脊柱側(cè)凸有限元模型包括8個椎體(T6～L1),7個椎間盤(髓核、纖維環(huán)),以及相關(guān)附屬結(jié)構(gòu),如前縱韌帶、后縱韌帶、棘上韌帶、棘間韌帶和黃韌帶。整個模型單元劃分采用了2種單元類型,6種材料性質(zhì),共劃分了232315個單元,356830個節(jié)點,遠遠超過以前所建立的脊柱模型的單元和節(jié)點數(shù)。建成后的三維有限元模型較精確模擬了脊柱側(cè)凸的結(jié)構(gòu)和材料特性,單元劃分精細,外觀逼真,幾何相似性好。 2.

5、通過測量比較在三種不同載荷情況下(側(cè)屈力,側(cè)屈力+前屈力,側(cè)屈力+前屈力+旋轉(zhuǎn)力)脊柱側(cè)凸頂椎距離冠狀面中線距離及其旋轉(zhuǎn)角度,得到與國外先前研究相似的結(jié)果,表明該有限元模型結(jié)構(gòu)合理,易于進行有限元分析。 3.通過模擬側(cè)凸段應(yīng)力分布,測得椎體凸側(cè)各點應(yīng)力值在側(cè)凸頂椎處最大,總體上有向兩端呈逐漸減小的變化趨勢；在凹側(cè),應(yīng)力分布基本也呈現(xiàn)出以頂椎為中心向兩端遞減。另外,凹側(cè)應(yīng)力亦較凸側(cè)高數(shù)倍不等,在理論上對Hueter-Volkman