下腰椎的三维有限元分析

目的 为研究下腰椎活动提供三维有限元力学模型. 方法 选取成年男性的下腰椎典型CT影像,建立几何模型后利用有限元划分和分析软件建立有限元模型,设定边界条件并加载负荷,记录下腰椎在前屈、后伸、侧屈和轴向旋转等不同工况下的运动范围和应力分布. 结果 建立的下腰椎三维有限元模型中4面体单元总数为114 953.模型在各工况下的运动范围与体外生物力学试验所测定的结果比较,差异无统计学意义(P>0.05). 结论 建立的下腰椎三维有限元模型能够模拟下腰椎的生理活动,可用于进一步的研究.     

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。     

腰椎椎间盘三维有限元分析

目的；研究腰椎间盘三维有限元模型的建立及其应力分布情况。方法：利用有限元软件Ansys5.4，建立椎间盘的三维模型，根据4具新鲜标本腰椎间盘生物力学试验，确定生物材料特性，研究各种状态下椎间盘的应力分布。结果：建立L4．5椎间盘的三维有限元力学模型，它的应力分布有以下特点:(1)璋盘上应力集中在椎间盘前部，压应力以髓核最大，向外逐渐减小，在外层应力最小；（2）椎间盘上的应力在压缩侧较大，且为压应力，侧屈时应力向中心区有逐渐减小的趋势，另一侧应力为拉力；（3）椎间盘承载后，其应力呈放射分布于纤维环和软骨板上，内纤维环承受较小的压力。结论：建立腰椎间盘三维有限元模型并进行应力分析是可行的，且结果可信。     

退变性腰椎滑脱三维有限元模型的建立

目的建立L4-L5退变性腰椎滑脱节段的有限元模型,用于生物力学研究.方法临床选用L4-L5退变性腰椎滑脱症患者,通过螺旋CT扫描,Adobe Photoshop 5.0系统对图像进行处理,划分节点和单元,建成有限元分析模型.结果建立了L4-L5退变性腰椎滑脱节段的有限元模型,模型总节点数为1162个,总单元数为662个.结论通过CT断层扫描、计算机辅助设计等方法,可以建立退变性腰椎滑脱节段的有限元模型.     

第三腰椎横突综合征三维有限元实验研究

研究人体在不同工况时,L3横突末端肌肉、韧带附力处的应力变化及分布规律,探讨L3横突综合征的发病机制与防治办法. 方法 采用三维有限元法建立力学模型,模拟人体腰部主要活动形式,设计常见13种工况并计算结果. 结果①在各种工况下,L3横突末端所受的应力都明显大于邻近的L2、L4横突.弯腰、旋转、侧屈等工况随着角度的加大...     

腰椎小关节接触模型的有限元分析

目的 建立腰椎4-5运动节段的有限元模型。分析小关节在不同状态下的生物力学特性。方法 获取一新鲜成人尸体腰椎4-5节段的断层CT扫描图像，利用此二维图像建立三维立体有限元模型。小关节部位处理为接触问题，模拟人体的不同承载状态对此模型进行计算处理。结果 小关节在不同状态下承担着不同的载荷，特别是在椎体轴向旋转运动状态下抗旋作用更明显。结论 小关节部位应该处理为接触问题，这有助于正确了解脊柱运动节段的生物力学特性。     

轴向加载对腰椎结核模型稳定性影响的三维有限元研究

目的：研究轴向加载对腰椎结核三维有限元模型稳定性的影响,为临床治疗腰椎结核提供生物力学理论依据。方法：选取自愿者采集CT数据,采用专用生物力学软件建立正常材质的L2-L5节段腰椎模型和5种不同的结核模型,在相同的轴向加载条件下进行分析。结果：通过轴向加载发现,正常腰椎的平均刚度为277N/mm,A、B、C、D、E五型结核腰椎的平均压缩刚度分别为233N/mm、239N/mm、275N/mm、253N/mm和217N/mm。腰椎结核模型平均刚度比正常模型最大减小近22%;在应力方面,结核破坏区域位于骨皮质时影响最大,出现大的应力集中情况;同时,结核破坏对于椎间盘的力学传导有很大影响。结论：腰椎结核破坏影响腰椎的稳定性,不同部位的结核破坏产生相应的应力集中,研究结果对临床治疗有指导意义。     

腰椎三维几何和力学模型

该研究在主要目的是制作一个精密的腰椎运动节段三维几何和三维有限元模型。该模型的建立是把ＣＴ图像矢量化、数字化形成三维几何模型。划分单元后输入各结构的力学特征，形成有限元模型。通过有效性检验，说明它是一个有价值的模拟工具，能够在不同状态下模拟脊柱     

复杂性腰椎管狭窄症的有限元建模与分析

目的精确建立复杂性腰椎管狭窄症(lumbar spinal stenosis,LSS)的退变腰椎全节段有限元模型,与正常模型进行对比。方法选取复杂性LSS患者采集CT数据,采用专用生物力学软件建立退变腰椎全节段模型,同时构建正常材质和几何形态的腰椎模型,用相同边界条件进行对比分析。结果复杂性LSS腰椎的刚度增加、活动度范围比正常模型要小,特别是后伸工况减少了25.4%。总体上,退变腰椎的应力有增大趋势,退变节段椎间盘L4～L5和邻近上位椎间盘L3～L4的终板、髓核和和维环基质应力分布趋向四周边缘集中,特别是基质应力最大增加129%。结论复杂性腰椎管狭窄症的腰椎有限元模型的活动度减少、刚度增加,退变椎间盘四周出现应力集中,促进邻近椎间盘退变。     

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。     

有限元模型分析髓核摘除术后腰椎生物力学特性变化

目的采用三维有限元模型分析方法,探讨腰椎间盘突出症髓核摘除术对腰椎生物力学特性的影响。方法采用新型CAD方法精确建立腰椎L4～L5活动节段有限元模型,构建正常模型、退变模型、髓核摘除即刻模型和瘢痕长入模型,分别模拟正常椎间盘、退变椎间盘、髓核摘除术后即刻和术后中长期随访时的椎间盘,并在压缩、屈曲、伸展、前剪及后剪5种载荷条件下对4组模型进行生物力学测试。结果 (1)各种载荷下退变模型的腰椎节段刚度较正常模型提高;(2)髓核摘除即刻模型的刚度较退变模型减小,但较正常模型提高;(3)瘢痕长入模型腰椎节段刚度大幅回升并超过退变模型;(4)髓核摘除即刻模型在屈曲、后伸和后剪载荷下关节突接触力减小,瘢痕长入模型则表现为在后伸、前剪和后剪载荷下关节突接触力增加;(5)各种载荷下退变模型后向膨出度较正常模型明显减小,髓核摘除即刻模型后向膨出度一定程度回升,但其纤维环内环会发生"内向膨出"。结论腰椎间盘髓核摘除术可在术后不同时段对腰椎运动节段生物力学特性产生不同影响,髓核摘除术后即刻对腰椎稳定性和后部结构应力影响较小,而髓核摘除中长期后则可有腰椎运动节段变硬和关节突的应力增加。     

腰椎峡部裂记忆合金节段内固定器的有限元分析

目的采用有限元分析法测试记忆合金节段内固定器的抗拉强度及其在加载时的应力分布。方法将节段内固定器的设计参数、实体扫描图象及材料力学特性输入计算机,在ANSYS软件固有的三维坐标系中建立节段内固定器的实体模型,并进行网格划分,然后给予拉伸载荷,测量承载点的拉力及内固定器的应力分布。结果当节段内固定器两钩中点被拉开2 mm时,承载点的拉力为281 N,应力分布在内固定器的中间部位最集中,在两钩部较小。结论节段内固定器抗拉能力强,固定牢固,内固定器的中间部是加载时应力最集中的部位,是最易发生疲劳、断裂的部位。     

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。     

Isobar TTL半坚强内固定系统与USS坚强内固定系统的三维有限元分析比较

目的建立USS坚强内固定系统、Isobar TTL半坚强内固定系统的腰椎三维有限元模型,对比两种模型的力学分布特点,探索动态内固定系统对腰椎生物力学的影响,为动态内固定系统临床应用提供理论依据。方法依据1名正常男性志愿者中立位下螺旋CT扫描资料,利用Mimics 11.1、Geomagic studio 10.0、HyperMesh 10.0和Abaqus 6.8等软件构建L3～S1三维有限元模型,重建Isobar TTL和USS术后模型,对模型施加150N预载荷及10Nm力矩,分别记录不同工况下模型的椎间活动度、邻段椎间盘应力及内固定应力分布和应力峰值。结果成功建立了解剖结构精细的L3～S1三维有限元模型及Isobar TTL和USS术后模型。Isobar TTL和USS模型应力主要分布在螺钉钉身,USS模型应力峰值大于Isobar TTL模型,主要集中在螺钉中部,但均不超过100MPa;Isobar TTL模型椎间稳定性与正常模型无明显差异,而USS模型的运动范围明显下降,在屈伸工况下最为明显;Isobar TTL模型邻段L3/L4椎间盘应力在前屈、后伸、侧曲、旋转工况下分别增加了6.2%、9.7%、3.6%、3.8%,而USS模型分别增加了8.5%、13.5%、4.3%、4.8%。结论 Isobar TTL系统能有效维持术后腰椎活动度,减少应力遮挡,理论上可以减缓邻近节段的退变。     

应用三维有限元法分析正常人腰椎椎体的应力分布

目的：了解正常人腰椎椎体的应力分布特点。方法：采用ＱＣＴ扫描正常志愿者的Ｌ１椎体，依据Ｌ１椎体的ＣＴ片以Ａｌｇｏｒ的ＦＥＡＳ有限元分析系统逐层几何形重建，并按照骨窗灰度适当划分单元，建立Ｌ１的３１２８个结点，２１８８个块单元的三维有限元模型，各单元材料特性依据校正后的ＣＴ值－表观密度－弹性模量间的换算关系进行计算，共采用了２００种弹性材料，进行８００Ｎ轴向加载，进行应力分布计算。结果：应力集中的部     

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。