正常人颈椎前屈运动的三维空间有限元研究

目的：定量分析颈椎前屈运动时,颈椎各部分的应力分布特点。方法：通过SAP软件建立颈椎的三维空间有限元模型,根据对颈椎的解剖观测进行肌力及韧带力的加载,通过计算机分析颈椎的应力分布。结果：正常人颈椎在前屈运动状态下,椎体后缘的拉应力集中在C5－C6。钩椎关节,小关节以C5－C6为最大,椎间盘的剪应力发C5－C6和C5－C6为最大。结论：颈椎在前屈运动状态下,应力有明显的节段集中现象。     

应用三维有限元模型研究颈椎不同工况下的生物力学变化

目的 研究颈椎前屈、后伸、侧屈、旋转等多种工况下，钩椎关节、小关节应力规律，从应力角度探讨钩椎关节、小关节退变的生物力学机制。方法 测量尸体颈段脊柱各节点三维坐标，利用SUPER—SAP软件建立机内模型，模拟完整的颈段脊柱力学模型。通过测量求得力矩值，直接或根据力矩等价公式间接将肌力值加载于模型体表各点。运用颈椎周围不同肌肉对颈椎作用力的变化，模拟正常活动范围内颈椎前屈、后伸、侧屈、旋转等多种工况。分别计算并得出相应载荷下钩椎关节、小关节应力值。结果钩椎关节在各种工况下的受力总体上集中于颈椎中下段。前屈时，由上至下呈现逐渐增大趋势；后伸时，在C4-5，C5-6出现应力集中现象。小关节各种工况下的受力状况总体趋势与钩椎关节相同，前屈时z轴上受到拉应力，后伸时受到压应力，且后伸时承受的拉应力是前屈时承受压应力的2倍多。这说明小关节在后伸时起到承受和传导载荷的作用。结论 不同运动状态下，中下段颈椎的钩椎关节、小关节出现应力集中。     

有限元分析在颈椎生物力学研究中的应用

随着计算机技术的不断发展,骨科虚拟建模也越来越先进。有限元分析是研究颈椎功能、发病机制及选择颈椎疾病治疗方法的重要方法。该方法具有操作简便、模型获取方便、实验可靠性强等优点,近年来在脊柱外科基础和临床研究中获得较大关注。该文就有限元方法在颈椎椎体、颈椎间盘、颈椎韧带、颈椎中医按摩手法、颈椎手术（包括颈前路手术、颈后路手术）等研究中的应用进行综述。     

旋转式颈椎牵引治疗颈椎病106例的疗效观察

旋转式颈椎牵引治疗颈椎病１０６例的疗效观察魏淑珍，刘丁禄，张炳然，蔡建华，靳秋峰，孙义富１９８７年以来，我们使用既可作颈椎静态牵引，又可作中医旋转复位动作的旋转式颈椎牵引机，经临床试用，取得较好的疗效，兹小结如下：１．临床资料１．１设备和治疗方法旋转...     

终板切除对终板-钛网界面应力分布影响的三维有限元分析

目的 采用三维有限元法比较终板切除与否对颈椎椎体次全切除减压终板-钛网界面应力分布的影响.方法 在正常人C4～C7三维有限元模型基础上,模拟颈椎(C5)椎体次全切除减压手术,建立颈椎前路减压、终板保留与不保留两种手术模型.利用Ansys 9.0软件的建模功能建立12 mm直径钛网(无垫片)、颈椎前路钢板以及螺钉模型,分...     

牵引对颈椎生物力学影响的实验研究

目的　探讨不同牵引角度及重量对颈椎生物力学的影响。方法　将５ 具颈椎标本（ Ｃ１ ～７）制成颈椎生物力学模型,观察牵引对下颈椎椎体（ Ｃ４ , Ｃ５） 和椎间盘（ Ｃ４ ～５ , Ｃ５ ～６） 应变以及颈椎总体位移的影响。结果　前屈１５°牵引时,椎体的应变增加最大,中立位和前屈１５°牵引时,椎间盘的应变增加最大,前屈２５°和后伸２５°牵引时,颈椎总体位移增加最大。上述各角度牵引后应变位移的线性变化以４ ～６ ｋｇ 较好。结论　在前屈１５°、中立位４ ～６ ｋｇ 的牵引较为符合人体颈椎的生物力学原理。     

颈椎牵引电脑中频治疗颈椎病156例疗效分析

颈椎病是在颈椎间盘退变基础上，受应力作用，发生椎体附件及周围软组织改变而致以颈肩痛为主的综合症。其临床治疗以颈椎牵引、按摩、手法、物理治疗等方法为主．本文采用颈椎牵引配合电脑中频治疗颈椎病１５６例，取得明显的治疗效果。报道如下。临床资料颈椎病患者１５６例．男７４例．女８２例；年龄２２－７８岁，平均５０岁；病程２天～２０年。颈椎病诊断及分型参考第二届颈椎病专题座谈会纪要标准［１］，其中神经根型９３例．椎动脉型２５例，交感型１５例，脊髓型３例，混合型２０例。治疗方法颈椎牵引法采用持续布带牵引。牵引重…     

上颈椎三维非线性有限元模型的建立及其有效性验证

目的建立具有详细解剖结构的上颈椎三维非线性有限元模型并验证其有效性。方法对健康成年男性志愿者进行CT扫描,获得枕骨底(C0)到C3的体层图像,将数据导入Mimics软件进行上颈椎骨质的三维模型重建,用Freeform软件进行模型修改,导入有限元软件Ansys9.0进行分析计算。模型中韧带以非线性的弹性元素建模,分为弹性区和中性区,分别定义元素性质,韧带的起止点及横截面积根据文献确定,寰椎横韧带坚韧、弹性低,定义为固体元素性质,同时便于对齿状突横韧带关节进行受力分析。寰枕关节、寰枢关节、C2,3关节突关节、寰椎齿状突关节、齿状突横韧带关节均定为有摩擦系数的表面滑动接触关节。使模型C3椎体下缘固定,在枕骨底施加40N的预载荷和1.5N·m的力矩作用下使其产生前屈、后伸、旋转、侧屈运动,将模型的活动度(ROM)与Panjabi测得正常上颈椎的实验数据对比进行验证。结果建立了具有详细解剖结构的上颈椎三维非线性有限元模型,整个模型有229047个节点和152475个单元,模型运动范围与Panjabi的数据相符合。结论建立的上颈椎模型具有较高的真实性,可以用于生物力学分析实验。     

快速牵引治疗颈椎小关节功能紊乱

自1996-2005年采用手法加快速牵引治疗颈椎小关节功能紊乱169例,疗效显著,报告如下。1临床资料169例中男108例,女61例;年龄19~55岁。病程20min~2周。全部患者均有落枕史或颈部急性扭伤史。症状与体征:颈部局部疼痛,颈椎前屈、后伸、侧屈及旋转活动受限,颈部肌肉僵硬,病损处棘突     

脊柱颈胸结合部(C6-T1)三维有限元模型的建立及有限元分析

目的:采取三维有限元的方法,建立脊柱颈胸结合部有限元模型,给予纯力矩载荷测试模型各FSU的正常运动范围,验证模型的有效性并对其应力分布模式进行探讨。方法:利用螺旋CT连续扫描获得正常成年人颈胸部原始DICOM数据图像,采用Mimics软件进行数据处理后导入ANSYS软件,得到颈胸结合部模型骨性结构的三维实体。添加椎间盘和主要韧带结构,椎间盘采用壳-核单元,分别代表纤维环与髓核;韧带采用2节点缆索单元构造,韧带的起止点及横截面积根据参考文献确定。C6-7以及C7-T1关节突关节均定义为有摩擦系数的非线性接触关节。模型中T1下表面在所有方向上完全固定,在模型C6施加2.0Nm纯力矩,对模型进行屈曲、背伸、侧屈及轴向旋转试验,试验结果与体外生物力学试验进行对比验证。结果:所建的颈胸模型包括169317个节点和106242个单元,并且与体外生物力学试验结果基本吻合,能够通过验证,有限元受力云图可以看出,模型在外力作用下运行状况良好。结论:该试验为临床医生对脊柱颈胸交界区的三维有限元模型的建立提供了一种便捷而精确的方法,为计算机分析及研究该模型局部结构在各种受力情况下的生物力学表现创造了条件。     

Finite element model of the Jefferson fracture: comparison with a cadaver model

This study tries to explain the reason why the Jefferson fracture is a burst fracture, using two different biomechanical models: a finite element model (FEM) and a cadaver model used to determine strain distribution in C1 during axial static compressive loading. For the FEM model, a three-dimensional model of C1 was obtained from a 29-year-old healthy human, using axial CT scans with intervals of 1.0 mm. The mesh model was composed of 8200 four-noded isoparametric tetrahedrons and 37,400 solid elements. The material properties of the cortical bone of the vertebra were assessed according to the previous literature and were assumed to be linear isotropic and homogeneous for all elements. Axial static compressive loads were applied at between 200 and 1200 N. The strain and stress (maximum shear and von Mises) analyses were determined on the clinically relevant fracture lines of anterior and posterior arches. The results of the FEM were compared with a cadaver model. The latter comprised the C1 bone of a cadaver placed in a methylmethacrylate foam. Axial static compressive loads between 200 and 1200 N were applied by an electrohydraulic testing machine. Strain values were measured using strain gauges, which were cemented to the bone where the clinically relevant fracture lines of the anterior and posterior arches were located. As a result, compressive strain was observed on the outer surface of the anterior arch and inferior surface of the posterior arch. In addition, there was tensile strain on the inner surface of the anterior arch and superior surface of the posterior arch. The strain values obtained from the two experimental models showed similar trends. The FEM analysis revealed that maximum strain changes occurred where the maximum shear and von Mises stresses were concentrated. The changes in the C1 strain and stress values during static axial loading biomechanically prove that the Jefferson fracture is a burst fracture.     

三维平衡正脊手法治疗神经根型颈椎病的有限元分析

目的:探讨"三维平衡正脊"手法治疗神经根型颈椎病(cervical spondylotic radiculopathy,CSR)的生物力学特点。方法:将1例CSR患者行"三维平衡正脊"手法治疗,并在治疗过程中运用力学检测系统监测手法过程中的力学变化。利用螺旋CT对患者颈部进行断层扫描获取DICOM数据,依次运用Mimics软件、Geomagic Studio软件、ANSYS Workbench软件建立神经根型颈椎病三维有限元模型;模拟加载"三维平衡正脊"手法,将各部分力学参数代入有限元模型,运用ANSYS软件进行有限元分析,研究"三维平衡正脊"作用下患者的椎体、椎间盘的内部应力变化及位移变形情况。结果:建立的CSR患者C₃-C₇有限元模型包括5节椎体、4节椎间盘、3种韧带,涉及153 471个节点,64 978个单元。手法完全加载后,C₃-C₇椎体应力部位主要在C₅棘突前部及根部、椎弓及二者联合处,最大应力达到17.781 MPa;变形部位主要集中在C₃椎...     

有限元方法在上颈椎生物力学研究中的应用进展

生物力学因素在上颈椎疾患的发病机制中具有十分重要的意义。传统的生物力学实验方法,如动物实验、物理实验、体外(尸体)实验存在不足。有限元方法作为一种新的生物力学研究方法,可在持续性研究中重复及改变任何质量与定量变化,同时可提供局部以及内部的机制反应,有效地弥补现行方法的不足。本文就其在上颈椎生物力学研究中的应用进行综述,包括各种上颈椎有限元模型的建模方法,及其对上颈椎病理生理机制和内固定器械的生物力学分析。     

带有颅底的全颈椎三维有限元模型的建立及分析

【摘要】 目的：建立带有颅底的全颈椎三维有限元模型并验证模型有效性,为分析颈椎疾患的生物力学机制提供帮助。方法：选取一31岁健康男性志愿者进行颈椎（包括颅底）薄层CT扫描,并将CT原始数据以Dicom格式存贮。运用建模软件Simpleware3.0把CT数据转化为STL格式数据,通过Geomagic 8.0对数据中的图像进行修补、去噪、铺面并转化为NURB曲面模型,得到带有颅底的全颈椎（C0-C7）三维有限元实体模型。应用软件Hypermesh 9.0进行前处理,包括接触定义、网格划分、材料属性设定及载荷与边界条件设定。应用Abaqus 6-9-1大型有限元计算软件进行计算,将屈曲、伸展、左右侧弯和左右旋转工况下的活动范围（ROM）与Panjabi的实验数据进行比较,对模型进行验证。结果：建立的正常全颈椎三维有限元模型共包含664026单元,228557节点,具有逼真的几何外观。通过与Panjabi的实验数据进行对比验证,发现该模型在屈伸、侧弯及旋转工况下的ROM与Panjabi的数据基本一致,只有在C2-C3旋转活动度方面存在差异（6.03° vs 3°±2.5°,P＜0.05）。结论：所建立的带有颅底的正常全颈椎三维有限元模型满足有限元分析的几何相似性和力学相似性,可用于颈椎的生物力学分析。     

颈椎前路分节段减压融合术三维有限元分析

目的应用三维有限元模型分析颈椎前路分节段减压融合术的生物力学特点。方法建立C2～7三维有限元模型,在此基础上根据临床实际建立手术模型,观察不同手术方式的颈椎活动范围和邻近节段椎间盘应力。结果建立的颈椎三维有限元模型有效,分节段减压融合术比传统椎体次全切除术术后邻近节段椎间盘应力小,二者颈椎活动范围相同。结论颈椎前路分节段减压融合术比传统椎体次全切除术更符合人体生物力学要求。     

带肌肉组织全颈椎三维有限元模型的建立及分析

目的 :建立带肌肉组织的全颈椎三维有限元模型并验证该模型的有效性,为进一步分析颈椎疾患的生物力学作用机制建立良好的工作平台。方法:选取一名34岁健康男性志愿者进行颈椎薄层CT扫描,将CT原始数据以Dicom格式存贮。用Mimics 17软件将CT图像逆向重建出颈椎三维点云模型,利用Geomagic Studio 2012软件把点云模型拟合成NURBS曲面模型,然后导入Hypermesh12软件中进行网格划分、赋予材料属性、定义接触及边界条件等操作,最后提交至ABAQUS 6.12软件进行有限元分析,将各个工况(前屈、后伸、侧弯和轴向旋转)下各节段活动度与文献数据进行比较,验证该模型有效性。结果:建立的带有肌肉组织的全颈椎三维有限元模型共包含789024单元,285045节点,外观与人体颈椎具有非常好的几何相似性。该模型在屈伸、侧弯及旋转工况下的活动度与文献数据进行了80次对比,共计24次(占30%)超出部分参考范围,其中,仅C5-6左右侧弯活动度8.4°、C0-C1左右旋转活动度24.2°超出所有参考范围(P0.05)。结论:本研究建立的带有肌肉组织的全颈椎三维有限元模型符合有限元分析几何相似性和力学相似性要求,可用于颈椎生物力学分析。     

新型颈前路翼形钛网三维有限元分析

目的运用三维有限元法分析新型翼形钛网（aliform titanium mesh cage,ATMC）的生物力学性能;评价该内固定的外形设计及生物力学合理性并提出优化指导方案。方法在C4～C6三维有限元模型的基础上,利用Ansys9.0软件前处理器的建模功能建立颈前路椎体次全切减压翼形钛网植骨固定手术模型。对模型施加73.6N轴向压缩载荷及1.8Nm力矩,分析记录前屈、后伸、侧弯及旋转工况下新型翼形钛网内部应力分布及大小情况。结果在后伸、侧弯、旋转工况下,翼板基底部及钉孔周围均出现应力集中现象。应力集中以旋转工况最明显。各工况下笼内植骨块应力总体均匀,大小适宜。结论新型翼形钛网总体外形设计合理,模拟力学安全性能可靠;同时在翼板、翼板基底部存在应力集中现象,需待优化。     

成人退变性脊柱侧凸后路三维矫形生物力学的有限元分析

目的通过有限元方法模拟成人退变性脊柱侧凸后路三维矫形手术,比较不同置钉方案的矫形效果,探讨手术策略的选择。方法通过CT图像建立1例退变性脊柱侧凸三维有限元模型,利用后路CD矫形模拟技术,分别设置不同的置钉方案,对比不同矫形操作中椎体成角及位移,比较术后矫形效果。结果 4种矫形方案的Cobb角以及腰椎前凸角无明显差别。融合至T10与融合至L1的矫形方案相比,顶椎区去旋转作用以及向中线纠正的能力更强。去旋转矫形过程中顶椎区的螺钉应力较高,尤其在长节段矫形方案。结论对于Cobb角较小、脊柱平衡性以及柔韧性较好的成人退变性脊柱侧凸,短节段融合也能取得满意的效果。