人工髓核置换三维有限元模型的建立

背景：目前人工髓核置换主要集中在临床使用及观察方面，尚缺乏更多力学实验数据的支持，需要可靠的物理模型或大量体外实验论证分析。目的：建立L4/L5节段人工髓核置换三维有限元模型，拟为生物力学实验研究提供标准数学模型。设计、时间及地点：观察性实验，于2006-07／11在南方医科大学珠江医院骨科中心完成。材料：健康志愿者及人工髓核置换患者各1名，进行64层螺旋CT扫描。扫描数据以Dicom3．0标准直接存储。根据国人实际情况，实验选用最常用PDN—SOLO-7型进行建模，PDN-SOLO-7型代表假体高度7．0mm，横径25mm，弹性模量为45MPa，泊松比为0．49，面接触摩擦系数为0.3MU。方法：在Mimics10．11软件建立L4，k运动节段及PDN-SOLO-7型人工髓核模型。模仿腰椎后路人工髓核置换，建立人工髓核置换三维有限元几何模型。各组件在ANSYS11．0转化成体单元网格。L4和L5体单元网格导回Mimics根据灰度值进行材质分配。余组件直接定义材料参数。在ANSYS用高级有限元装配技术，建立VL，节段人工髓核置换三维有限元模型。主要观察指标：观察人工髓核置换后有限元模型的模拟单元，节点及构成组件。结果：建立了人工髓核置换后三维几何和有限元模型。人工髓核置换模型分为92516个四面体单元，153963个节点，由L4、k、纤维环、上下终板、7条韧带和人工髓核13个组件构成，由三维10节点SOLID92固体单元模拟。结论：通过64层螺旋CT扫描获得腰椎精确几何数据，Mimics通过基于阈值算法及参数化建模提供精确模型，利用灰度值赋材质，建立高仿真脊柱节段及人工髓核置换有限元模型。

Constructing a three-dimensional finite element model of disc nucleus replacement