腰椎三维有限元模型建立和应力分析

目的 建立完整的腰椎三维有限元模型,并对腰3-4运动节段的进行了有效性验证和生物力学分析.方法 利用交互式医学图像控制系统MIMICS软件对CT图片进行预处理,后导人大型通用有限元软件ABAQUS中建立三维有限元模型.分别建立了腰1-腰5各椎体及其椎间盘有限元实体,后组合成整体的腰椎和腰3-4有限元模型,并且还准确的模拟了腰椎的椎间盘、软骨终板、关节突关节以及连接韧带.验证了模型的收敛性,并针对腰34运动单元设置了0.3、0.5、1.0、2.0、4.0 mPa 5种载荷进行生物力学分析.结果 在轴向压力作用下,椎间盘纤维环后部存在着明显的应力集中,并向后外侧传导.最大压应力的部位在髓核和软骨终板的中央,椎弓根是椎体多种应力集中的部位.轴向压力增加,应力成比例增大.结论 本研究的有限元模型精确度高,结论符合腰椎的临床特点,较好的模拟了腰椎的生物力学特性.     

腰椎间盘退变后应力变化的有限元分析

目的 利用有限元分析方法,评估腰椎间盘退变后的生物力学变化.方法 利用MIMICS软件对正常腰椎的CT图像进行预处理后,导入ABAQUS软件建立正常椎间盘L3～L4节段的三维有限元模型.通过改变椎间盘退变后对应的材料属性,建立退变椎间盘L3～L4节段的有限元模型.对模型施加0.3 MPa均布轴向压缩载荷,比较正常和退变椎间盘的纤维环、髓核、软骨终板、关节突关节的应力.结果 与正常椎间盘比较,退变椎间盘的应力分布发生改变,纤维环周边承受较大应力,髓核的压应力明显降低,软骨终板的应力集中在外周偏后;关节突关节面的应力明显增大.结论 有限元方法可以直观地观察椎间盘退变对腰椎的影响,是对临床研究的必要补充.     

胸腰椎骨质疏松应力分布及临床意义

目的:直接利用DICOM医学图像建立骨质疏松患者的胸12-腰2的三维有限元模型,对其生物力学特性进行分析,探讨胸腰椎骨质疏松应力分布的临床意义。方法:将CT扫描获得的胸腰椎原始DICOM数据输入Mimics软件建立三维模型,输入ABAQUS中分配单元属性、控制单元尺寸、划分体网格,并经赋材质后得到胸12-腰2的三维有限元模型,并利用ABAQUS进行应力分布分析。结果:骨质疏松椎体的应力分布规律与正常椎体应力分布相似,相同承载,不过应力比较低,负载规律相一致。当合并椎间盘髓核退行性改变时,椎体前缘的骨皮质所受载荷明显增加。结论:外力作用和椎体结构强度是骨质疏松椎体的病因和治疗的主要生物力学因素。     

椎体后凸成形术后骨水泥椎间盘渗漏对邻近节段力学影响的有限元分析

目的 探索椎体后凸成形术(PKP)术后骨水泥椎间盘渗漏对相邻椎体的力学影响,探讨相邻椎体继发骨折的病因.方法 利用MIMICS软件用有限元方法对1例T12压缩骨折PKP术后出现椎间盘骨水泥渗漏的患者手术前后CT图片进行预处理,后导入ABAQUS软件中建立T10-L2的三维有限元模型,设置0.3、1.0、4.0 Mpa 3种轴向载荷进行生物力学分析,观察不同载荷下模型整体及各部分的Von Mises应力,重点评价骨水泥椎间盘渗漏对骨折相邻椎体的力学影响.结果 成功建立了PKP术后骨水泥椎间盘渗漏的手术前后三维有限元模型,当轴向压力以0.3、1.0、4.0 MPa增加后,椎间盘、软骨终板和椎体整体的应力也成比例增加.PKP术后脊柱胸腰段各部位的应力开始重新分布,增强椎体(T12)的上、下终板应力增强区域范围增加;相邻椎间盘(T11-12、T12-L1)及相邻终板(T11下终板、L1上终板)的应力增强区域增加;T12相邻椎体(T11、L1)所受最大应力显著增加,但是远端椎体(T10、L2)的最大应力明显减少.结论 PKP术后骨水泥椎间盘渗漏引起上下相邻椎体继发骨折的并发症可能和生物力学行为的改变密切相关.

Abstract：

Objective To explore the biomechanical effects on adjacent vertebra of thoracolumbar osteoporotic vertebral compression fracture (OVCF) after percutaneous kyphoplasty (PKP) with cement leakage into the disc by using finite element analysis. Methods T10-L2 segment data were obtained from computed tomography (CT) scans of an elder female with single T12 OVCF undergoing a cement leakage into the T1 2-L1 disc after PKP. A three-dimensional finite element Model of thoracolumbar spine (T10-L2)was built in the Mimics and the ABAQUS software. The stress on annulus fiber, nucleus pulposus, endplate and facet joints under axial pressure (0. 3, 1.0, 4. 0 MPa) were analyzed. Results The 3D finite element after percutancous kyphoplasty (PKP) with cement leakage into the disc may be strongly related with the changes of biomechanical effects on adjacent vertebras of thoracolumbar OVCF. Models of thoracolumbar OVCF before and after PVP with a cement leakage into the T12-L1 disc were successfully established. The stresses increased with a rising axial pressure in the model of cement leakage into the disc after PVP, the stress augmentation scope on adjacent end plates ( T11 low plate & L1 top plate) and intervertebral disc (T11-12 & T12-L1 ) increased. The maximal Von Mises stress on adjacent vertebras (T11 & L1 ) increased while but the maximal Von Mises stress on end vertebras (T10 & L2) decreased. Conclusion Postoperative adjacent vertebral fracture.     

椎体成形术对相邻椎体生物力学影响的有限元分析

目的 采用数字仿真评估椎体成形术骨水泥注入量及弥散范围对邻近椎体生物力学平衡的影响.方法 选取30例骨质疏松性腰2椎体压缩骨折患者行CT三维重建,利用有限元分析软件进行优化设计和测试,模拟椎体在人日常生活中进行各种运动的受力情况,选择施加500 N的轴向压力,观察注入骨水泥前后相邻椎体终板的应力分布及所受最大应力变化情...     

胸腰段骨质疏松三维有限元模型的建立及临床应用

目的:探讨利用螺旋CT建立骨质疏松腰椎三维有限元模型的高度数字化方法,为腰椎骨质疏松的生物力学试验提供标准模型。方法:一个有代表性的健康成年男性志愿者,范围从T11～L2,先行X线检查以排除可见的脊椎病变及损害。经螺旋CT沿横断面0.699mm层厚扫描,以jpg格式输出其断面图像并转入微机保存。利用三维重建软件Mimics建立T11～L2段正常脊柱骨性结构的三维模型,再经过自由造型系统进行表面光滑化处理及对0.699mm层厚引起的数据丢失予以修补。利用有限元软件Patran的前处理功能,在脊柱模型骨性结构的基础上,补充建立终板、椎间盘、髓核、前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带等结构。采用合适的材料性质和实体单元类型对模型进行智能有限元网格划分。结果:①正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分结果:利用三维重建软件Mimics和有限元软件Patran成功进行正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分。完整的脊柱胸腰段三维有限元模型包括共276580个四面体单元,8532个六面体单元,673个杆单元,总计共95219个结点。建立的模型负荷正常椎体的几何特性;②骨质疏松腰椎三维有限元模型的建立:利用有限元软件Patran的前处理功能,对不同组织的物理特性进行定义,皮质骨、终板、后部结构模量减少33%,松质骨减少66%,同时考虑髓核脱水,弹性模量增加1倍,符合真实的生物力学要求,真实模拟了骨质疏松椎体的材料特性,成功建立骨质疏松腰椎三维有限元模型。结论:建立的骨质疏松腰椎三维有限元模型接近真实的生物力学标本,是理想的研究骨质疏松腰椎生物力学的数字化模型,可应用于骨质疏松腰椎后凸成形术的评估。     

腰椎后路单节段椎弓根螺钉内固定的三维有限元分析

目的 建立腰34节段的后路经椎弓根螺钉内固定的有限元模型,评估固定前后系统的应力变化,探讨后路内固定对腰椎和内固定器械的力学影响.方法 利用Pro/E三维建模软件模拟脊柱后路的钉棒内固定系统,MIMICS软件模拟手术实际操作,建立后路经椎弓根螺钉固定前后的腰3-4节段三维实体,导入有限元软件ABAQUS中建立三维有限元模型.采用腰4椎体做收敛性分析,建立5种不同网格划分数目的 腰4模型进行验证.分析椎体和螺钉系统在0.5 mPa轴向压力下的力学变化.结果 在均布压力下,腰4模型位移为0.00125815 mm,与基准位移的误差只有0.8167%,模型收敛性好.在轴向压力作用下,固定后的椎体、椎间盘和内固定的应力发生明显变化,椎间盘的应力集中部位由后外侧转向前外侧,固定椎体产生的应力明显减小,应力遮挡效应明显.螺钉根部的上下方,存在着明显的应力集中,且上一椎体固定的螺钉要比下一椎体的螺钉承受应力大.结论 利用计算机辅助系统和有限元分析结合的方法 ,可以模拟腰3-4节段后路椎弓根内固定手术,较直观地观察脊柱后路固定前后系统的力学变化.     

脊柱腰段三维有限元模型的构建与椎间盘应力分析

［摘要］ 目的建立正常脊柱腰段三维有限元模型,为生物力学研究及腰椎损伤研究提供可靠模型。 方法采集1名健康成年男性脊柱腰段CT和MRI断层影像数据,应用Mimics软件依据CT数据对全部腰椎骨及骶骨上部进行三维模型重建,依据MRI数据对L1~L5椎间盘髓核进行三维模型重建。将椎骨与髓核进行空间配准,在此基础上建立椎间盘、关节囊和韧带的三维模型。在Ansys中划分网格并定义材料属性,对模型施加运动性载荷模拟脊柱腰段处于前屈、后伸、侧弯和扭转等运动工况下的生物力学特征,验证模型的有效性。 结果建立了完整的脊柱腰段三维有限元模型,包含椎骨、椎间盘、骶骨上端、韧带、关节囊等重要结构,总节点数为104 190个、总单元数为339 165个。模型通过有效性验证,运动工况下的角位移范围和椎间盘的应力分布特点符合腰椎的生物力学特性。 结论本研究建立的三维有限元模型仿真度高,可用于脊柱腰段的生物力学研究以及模拟疾病和手术对腰椎生物力学的影响。     

椎骨胸腰节段压缩骨折的有限元分析研究

目的利用有限元方法建立椎体前缘不同压缩状态模型,并分析椎体前缘压缩程度与邻椎终板应力的相关性。方法基于正常成年人志愿者的胸腰段CT 数据,导入Mimics,经图像分割、修补及三维网格化获取胸腰椎T11～L1３个节段数据,网格赋材质属性后导入ABAQUS 软件,获取逼真的三维有限元模型。对模型进行生理载荷加载,验证正常模型的有效性。将L1模型底部全自由度固定,在T11模型上方施加前屈、后伸及轴向压缩载荷,分别将椎体前沿压缩至90%、80%、70% ...... 10% 9个状态,提取T11下终板及L1上终板的MISES应力,获得了压缩状态与邻近终板应力关系曲线。结果该模型高度逼真,能真实反映实际受力状态;T11椎体下位终板和L1椎体上位终板的应力值与T12椎体（研究对象）前沿的压缩程度正相关。结论应力增加可能导致终板骨折可能性增加,进而增大相邻椎体的骨折风险,有限元分析结果能够为临床实践提供依据。     

可膨胀椎间融合器治疗腰椎间盘轻度退变的有限元分析

目的: 建立可膨胀椎间融合器(EVIFC)和第4、5腰椎的有限元模型,分析EVIFC植入对腰椎生物力学的影响,为EVIFC的临床应用提供依据。方法: 根据健康成年男性腰椎CT扫描数据建立正常第4、5腰椎有限元模型,在此模型上模拟腰4-5椎间盘轻度退变,在三维模型上植入EVIFC。在屈伸、侧弯和旋转的载荷下,分析腰椎模型置入EVIFC前后的稳定性、椎间盘压力、终板压力及小关节载荷变化。结果: EVIFC的置入减少了退变节段终板、髓核和小关节的应力。屈伸时,腰4-5椎体退变模型的终板及髓核平均压力分别是6.1620和0.2016MPa,小关节载荷是32.8N;植入EVIFC后其数值分别是3.526、0.107MPa和8.5N。侧弯及旋转载荷结果一致。对于邻近的腰椎节段,与退变模型比较,植入EVIFC后,腰4-5终板和髓核应力值均有所减小,但其相邻节段纤维环的应力值均有所增加。结论: EVIFC对退变腰椎能起到良好的稳定效果,可满足人体生物力学需求,是一种适宜的新型腰椎融合器。     

胸腰椎三维非线性有限元模型的建立

目的 为胸腰椎的生物力学有限元分析研究建立有效的T11～L3节段的三维非线性有限元模型.方法 将健康成人自T11～L3节段脊柱的CT扫描图像,以DICOM格式导入软件Simpleware2.0,生成三角网格模型.利用软件Geomgic8对模型进行修复和优化后生成实体模型,导入有限元软件Abaqus6.9中,骨性结构均采用C3D8单元;椎间盘由髓核和纤维环组成,髓核由5层8节点实体单元组成,纤维环有8层相互交叉胶原纤维层组成,髓核与纤维环采用C3D8RH单元进行网格划分,胶原纤维采用TRUSS单元;赋予所有韧带1 mm的厚度,通过S4R壳单元模拟了前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘上韧带、棘间韧带、横突间韧带,采用S3R壳单元模拟小关节囊韧带.赋予椎间盘超弹性、骨性结构弹塑性及韧带黏弹性材料属性.并通过验证模型的几何相似性和椎间盘的载荷-位移变化以及冲击暴力下的应力分布情况,验证模型的有效性.结果 建立了胸腰椎(T11～L3)的三维有限元模型,共包含71 939个节点和78 887个单元.本模型几何相似性好;与体外实验在相同条件下得到的椎间盘载荷-位移曲线图结果非常相近;在动态冲击实验下观察应力云图,椎体皮质骨、后部结构及松质骨的应力分布规律和其他实验一致.结论 建立的具有六面体网格的、非线性模型的完整胸腰椎(T12～L1)有限元模型,可进行冲击实验并进行动态分析,为下一步进行胸腰椎生物力学研究提供了有效的三维有限元模型.

Abstract：

Objective To build an effective nonlinear three-dimensional finite-element (FE) model of T11 - L3 segments for a further biomechanical study of thoracolumbar spine. Methods The CT ( computed tomography) scan images of healthy adult T11 - L3 segments were imported into software Simpleware 2. 0 to generate a triangular mesh model. Using software Geomagic 8 for model repair and optimization, a solid model was generated into the finite element software Abaqus 6. 9. The reasonable element C3D8 was selected for bone structures. Created between bony endplates, the intervertebral disc was subdivided into nucleus pulposus and annulus fibrosus (44% nucleus, 56% annulus). The nucleus was filled with 5 layers of 8-node solid elements and annulus reinforced by 8 crisscross collagenous fiber layers. The nucleus and annulus were meshed by C3D8RH while the collagen fibers meshed by two node-truss elements. The anterior (ALL) and posterior (PLL) longitudinal ligaments, flavum (FL), supraspinous (SSL), interspinous (ISL) and intertransverse (ITL) ligaments were modeled with S4R shell elements while capsular ligament (GL) was modeled with 3-node shell element. All surrounding ligaments were represented by envelops of 1 mm uniform thickness. The discs and bone structures were modeled with hyper-elastic and elasto-plastic material laws respectively while the ligaments governed by visco-elastic material law. The nonlinear three-dimensional finite-element model of T11 - L3 segments was generated and its efficacy verified through validating the geometric similarity and disc load-displacement and stress distribution under the impact of violence. Using ABAQUS/EXPLICIT 6. 9 the explicit dynamic finite element solver, the impact test was simulated in vitro. Results In this study, a 3-demensional, nonlinear FE model including 5 vertebrae, 4 intervertebral discs and 7 ligaments consisted of 78 887 elements and 71 939 nodes. The model had good geometric similarity under the same conditions. The results of FEM intervertebral disc load-displacement curve were similar to those of in vitro test. The stress distribution results of vertebral cortical bone, posterior complex and cancellous bone were similar to those of other static experiments in a dynamic impact test under the observation of stress cloud. Conclusion With the advantages of high geometric and mechanical similarity and complete thoracolumbar, hexahedral meshes, nonlinear finite element model may facilitate the impact loading test for a further dynamic analysis of injury mechanism for thoracolumbar burst fracture.     

腰椎间孔成形幅度对腰椎生物力学影响的三维有限元分析

目的应用腰椎L3~5节段三维有限元模型,分析椎间盘摘除+不同幅度椎间孔成形前后对腰椎生物力学的影响。方法选取1位20岁既往无腰椎疾病史中国男性志愿者的CT数据,在Mimics15.0软件中建立L3~5节段三维有限元模型,在Geomagic12.0中修补、降噪及曲面化,在Pro/E5.0中行椎间盘的曲面建模,修改髓核和纤维环的材料参数模拟L4~5椎间盘中度退变（模型M1）,在Hypermesh12.0中进行有限元网格处理,并导入ABAQUS软件进行分析。模拟经皮椎间孔脊柱内镜技术侧后入路,以上关节突尖部到下位椎体后上缘中点为穿刺基线建立通道,去除椎间盘左后侧约1/4的纤维环中部及1/4的髓核,以模拟腰椎间盘摘除手术,构建模型M2,以圆柱体代替环锯模拟切除上关节突部分骨质行椎间孔扩大成形术,构建一级椎间孔成形模型M3（环锯直径5mm）、二级椎间孔成形模型M4（环锯直径6.5mm）和三级椎间孔成形模型M5（环锯直径7.5mm）,给予特定加载条件,比较其在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6种工况下的生物力学特征。结果建立了有效的L3~5三维有限元模型,除了在后伸工况下L4椎体的位移无明显变化外,其他5种工况下椎间孔成形后L4椎体的位移均有所增加,但成形的幅度对L4椎体的位移无明显影响。M1模型在各种工况下L4~5关节突关节的应力左侧较右侧大。M2模型在腰椎前屈及右旋工况下L4~5左侧关节突关节的应力下降,右侧的应力上升;腰椎后伸下L4~5左侧关节突关节的应力上升,右侧的应力下降;腰椎左侧屈工况下L4~5关节突关节的左右两侧应力均上升;腰椎右侧屈工况下L4~5关节突关节的左右两侧应力均下降。除腰椎左旋工况下M5模型的L4~5右侧关节突关节应力增加明显外,其他各种工况下M3、M4、M5模型L4~5关节突关节应力变化不明显。结论在精确穿刺的指引下,1~3级椎间孔成形对术后即刻的腰椎稳定及关节突关节的应力分布无明显影响。     

脊柱关节突交锁螺旋 CT 的多平面重建和三维重建

目的：探讨脊柱椎关节突交锁螺旋CT的多平面重建(multiplanar reconstruction,MPR)和三维(three dimension,3D)重建图像的特点及在诊断中的作用。方法：选取本院近年来31例诊断为脊柱椎关节突交锁的患者,回 顾性分析其术前或牵引前的螺旋CT资料,同时进行MPR和3D图像重建;观察关节突交锁在轴位、MPR和3D重建的螺 旋CT表现,并评估轴位、MPR和3D重建图像的优势。结果：31例患者影像中,轴位上呈现“反汉堡包”征者,颈椎 损伤21例、胸腰段损伤10例。MPR矢状面显示下关节突与下方椎体上关节突形成顶对顶形态,伴有患椎I°前滑脱及下 关节突尖端骨折颈椎5例,胸腰段0例,均为单侧交锁;上方椎体下关节突越过下方椎体上关节突前移,形成背靠背 形态,伴有患椎II°~III°前滑脱,以双侧交锁为主,颈椎双侧9例、单侧6例,胸腰段双侧10例,并伴有下方椎体屈曲性 泪滴样骨折,颈椎7例、胸腰段3例;一侧上、下关节突成背靠背形态,一侧上、下关节突成顶对顶形态,颈椎1例。 冠状面,颈椎21例下关节突不同程度内移,与下方椎体上关节突呈互相依托,或下关节突锁于上关节凹内;胸腰段 10例下关节突与上关节突同时出现或显示下关节突明显上移,关节结构消失。3D重建图像清楚显示31例关节突交 锁,并通过不同面及不同角度旋转显示关节突交锁的空间形态,并可清晰地显示椎体滑脱及旋转程度。结论：MPR 及3D重建显示关节突交锁较轴位清楚、直观。脊柱关节突交锁的螺旋CT的MPR和3D重建是轴位CT扫描有意义的补 充,有助于本病的诊断,减少漏诊,为临床诊疗提供了有价值的影像信息。     

保留椎弓根下壁截骨术在治疗陈旧性胸腰椎骨折后凸畸形力学性能的三维有限元分析

目的 采用三维有限元分析法建立胸腰椎模型,比较保留椎弓根下壁截骨术及SRS-Schwab四级截骨术在前屈、后伸、旋转及侧弯时钉棒系统和椎体前缘内植物的应力及整体脊柱力的传导和分布。方法 利用CT数据建立正常男性脊柱T₁₁~L₃模型,以L₁为拟手术椎体,建立SRS-Schwab四级截骨术式（A术式）、保留1/3椎弓根下壁截骨术式（B1术式）、保留1/2椎弓根下壁截骨术式（B2术式）三维有限元模型,采用钛笼支撑椎体前缘。比较A、B1、B2术式三维有限元模型在前屈、后伸、旋转、侧弯时的总应力、各椎间隙的活动度、各内植物的应力情况,以及钛笼植入区域、剩余椎体部分、椎体剩余附属结构及钉棒系统3个部分分别的应力情况。结果 在前屈、后伸、旋转和侧弯时,B2术式的总应力最小（205.6 MPa）,其次为B1术式（207.0 MPa）,A术式最大（217.0MPa）。3种术式间各椎间隙活动度情况相似。内植物应力分析结果显示,B2术式在前屈、后伸、旋转及侧弯活动时,前路钛笼植入区域和后路椎体剩余附属结构及钉棒系统的应力均最小,分别为22.2、187.7、105.8、141.6和75.4、168.4、75.9、214.8 MPa;A术式均最大,分别为27.3、241.8、133.4、188.0和97.5、216.4、98.5、243.0 MPa,均远小于钛合金的屈服应力和拉伸极限（分别为760、860 MPa）。结论 保留椎弓根下壁截骨术式（保留1/2椎弓根下壁）在减少手术节段应力方面具有优势,尤其是其可以减少内植物的应力,从而降低断钉断棒风险,但在保留椎间隙活动度方面与SRS-Schwab四级截骨术式相似。     

脊柱胸腰段三维有限元模型的建立与验证

目的：建立正常脊柱胸腰段三维有限元模型并验证其有效性。方法：选择一位健康成人志愿者,通过CT扫描获得胸腰段数据,Mimics 10．01软件生成T12-L2椎骨三维模型,Geomagic 11．0、UG7．0生成三维实体模型,Hy—permesh10．0划分网格,并建立椎间盘、韧带等结构,Abaqus6．9．1加载求值,施加500N垂直压缩力,7．5Nm的前屈、后伸、左右侧屈及左右轴向旋转力矩,分三个载荷步（2．5、5．0和7．5Nm）施加,观察T12-L2节段运动范围。结果：建立了正常人胸腰段三维有限元模型,整个模型共90014个单元,158684个节点。对模型进行前屈、后伸、左右侧屈和左右旋转作用,T12-L2节段的力矩-旋转角度曲线与文献体外实验数据基本吻合。结论：本实验建立的正常脊柱胸腰段三维有限元模型有效,可进行进一步的生物力学实验研究。     

非线性三维有限元法分析腰椎间盘退变

目的 探讨椎间盘退变对腰椎活动节段生物力学的影响.方法 采用新型的基于CT图像的CAD建模方法精确建立L4-L5运动节段的三维非线性有限元模型,并通过改变椎间盘材料特性和椎间盘高度等参数,建立正常椎间盘模型和轻、中、重度椎间盘退变模型,分别对4种有限元模型进行生物力学测试,比较4种模型之间刚度、髓核内压、后部结构力、纤维环基质最大应力的差异,并比较椎体、终板的应力分布变化.结果 各种载荷条件下,退变椎间盘模型刚度均与正常椎间盘模型不同,其中轻度退变模型刚度小于正常模型,而中度退变模型和重度退变模型刚度大于正常模型,且重度退变模型刚度大于中度退变模型;与正常模型比较,轻度退变模型的后部结构力略有增大,而中度退变和重度退变模型的后部结构力逐渐减小;随着椎间盘退变程度的增加,髓核内压逐渐减小,纤维环基质最大von Mises应力渐行性增大,各指标在5种载荷下表现一致;随着椎间盘退变的加重,椎间盘承载向纤维环分散,椎体、终板外缘出现应力集中现象.结论 椎间盘退变可导致腰椎活动节段刚度改变,轻度椎间盘退变引起腰椎刚度下降,而中、重度椎间盘退变时腰椎刚度增加;椎间盘退变时腰椎间盘承载与腰椎后部结构力呈现负相关变化;退变椎间盘的承载模式发生改变,椎间盘、椎体、终板应力分布存在向外周扩散的趋势.     

胸腰椎爆裂性骨折损伤机制的生物力学研究

目的　探讨胸腰椎爆裂性骨折的损伤机制。方法　采用脊柱活动节段的三维有限元模型分析了脊柱在直立位、前屈位和后伸位的应力分布情况。结果　椎弓根以及椎体后上方与椎弓根相邻部分为应力集中区域。结论　胸腰椎爆裂性骨折的损伤机制与脊柱的应力集中有关。