寰枢椎脱位三维非线性有限元模型的建立和分析

摘要

研究目的：
　　 建立验证有效正常上颈椎三维有限元模型；探索寰枢椎脱位有限元模型的建模方法；在正常上颈椎模型的基础上建立寰枢椎脱位三维有限元模型；在寰枢椎脱位有限元模型上加载内固定和进行分析；探索有限元方法在寰枢椎脱位临床治疗及基础研究中的应用前景。
　　 研究方法：
　　 对健康成年男性志愿者进行CT 扫描,获得枕骨底(C0)到C3的CT 数据,以国际标准Dicom 格式存贮，将数据导入有限元建模软件，建立上颈椎有限元几何模型，加载韧带及材料属性，建立上颈椎三维非线性有限元模型，并运用有限元分析软件进行分析计算。预载荷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和Brolin K、Zhang等建立的上颈椎有限元模型数据对比进行验证。
　　 在正常上颈椎三维非线性有限元模型的基础上结合临床实际脱位病例，运用有限元软件，建立横韧带断裂不伴有齿状突骨折的寰枢椎前脱位有限元模型，并进行有限元分析，测量并比较正常上颈椎模型及寰枢椎脱位模型在屈、伸、侧屈、旋转等工况下的活动度（ROM）。
　　 在寰枢椎脱位模型的基础上加载常用的两种寰枢椎后路内固定系统，运用有限元软件，测量屈、伸、侧屈、旋转等工况下的活动度（ROM），并进行应力分析。
　　 结果：
　　 1.本实验建立的上颈椎三维非线性有限元模型外观逼真，几何相似性好。共包含206747 单元，72500个节点。有限元分析结果与Panjabi 发表的体外实验和Brolin K、Zhang等建立的上颈椎有限模型分析结果基本相吻合。
　　 2、建立横韧带断裂不伴有齿状突骨折的寰枢椎前脱位有限元模型外观逼真，几何相似性好,各个工况下的活动度均较正常上颈椎模型明显增大，尤其是前屈增加了17.8°,后伸增加了13.7°。
　　 3、加载了寰枢椎椎弓根钉内固定系统和双侧经寰枢关节螺钉及寰椎椎板钩内固定系统的上颈椎有限元模型与临床实际相符。双侧经寰枢关节螺钉及寰椎椎板钩内固定系统寰枢椎各个工况的活动度要小于寰枢椎椎弓根钉内固定系统。寰枢椎椎弓根钉内固定系统，在后伸工况下应力值最大，主要集中在连接棒和螺钉的根部。双侧经寰枢关节螺钉及寰椎椎板钩内固定系统在屈和伸的工况下应力值较大，主要集中在螺钉通过寰枢椎侧块关节突关节部位和螺钉根部。
　　 结论：
　　 1、建立的上颈椎三维非线性有限元模型真实有效,可以用于生物力学研究。
　　 2、在经过验证上颈椎有限元模型基础上结合临床实际脱位病例建立寰枢椎脱位有限元模型的建模方法可行，寰枢椎脱位有限元模型能够较好的模拟临床实际个体脱位病例，可用于临床对寰枢椎脱位患者的生物力学分析。
　　 3、寰枢椎脱位有限元模型可用于生物力学实验分析，尤其是在临床常用的内固定生物力学分析。通过有限元分析，双侧经寰枢关节螺钉及寰椎椎板钩内固定系统的稳定性好于寰枢椎椎弓根钉内固定系统。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要英文缩略词表

声明

前 言

第一部分 上颈椎三维非线性有限元模型的建立和验证

第二部分 寰枢椎脱位三维非线性有限元模型的建立和分析

第三部分 寰枢椎脱位模型加载不同内固定的有限元分析

全文总结

文献综述 有限元方法在颈椎生物力学研究中的应用进展

在校期间主要科研活动和成果

致 谢