论文部分内容阅读
目的：1、建立解剖结构较为详细的正常与材料属性改变的后纵韧带颈椎(C1-C7)三维有限元模型,以用于颈椎生物力学的研究；2、探讨后纵韧带硬化后对颈椎生物力学的影响及其可能引起的继发性病理改变。材料与方法：1、对一名健康成年男性进行颈部CT扫描,获取C1-C7节段的断层图片,采用MIMICS (Version12)软件对颈椎的几何外形进行三维重建,并用HYPERMESH10.0网格划分软件对三维几何进行网格划分,后处理计算软件为LS-DYNA3D971。模型开发和模拟计算在Dell Power Edge12G M420刀片式服务器上进行。模型的验证是通过计算在屈伸、侧弯、轴向旋转加载条件下的运动范围(ROM)及椎间盘位移,并与以往学者实验模型及有限元模型的分析结果相比较,分析其符合程度。通过改变后纵韧带的材料属性参数,建立相应颈椎C1-C7三维有限元模型。2、在正常颈椎有限元模型基础上,模拟后纵韧带硬化力学参数变化,研究在侧屈、前屈、仰伸及旋转运动下,正常以及后纵韧带硬化后颈椎有限元模型的生物力学变化。结果：1、成功建立了正常全颈椎C1-C7三维有限元模型并通过验证,模拟颈椎前屈、后伸、侧弯、旋转的运动范围(ROM)及椎间盘位移并将模拟结果与以往学者研究结果对比,各种运动状态下运动范围(ROM)及椎间盘位移大多处于实验模型与有限元模型所得结果之间,且大体趋势基本一致,模型可用于颈椎生物力学的研究。2、颈椎有限元模型显示后纵韧带硬化后对颈椎侧弯运动的影响：椎间盘纤维环最大应力、髓核最大应力、椎体上／下缘最大应力、终板最大应力及椎小关节最大应力、运动范围无显著差异。3、在仰伸运动中,后纵韧带硬化后髓核最大应力降低约11%,椎小关节最大应力增大约15.7%,部位无改变。4、颈椎有限元模型显示后纵韧带硬化后对颈椎前屈运动的影响,后纵韧带硬化后椎间盘纤维环最大应力减小6%,部位无改变。5、颈椎有限元模型显示后纵韧带硬化后对颈椎旋转运动的影响,除终板应力及运动范围无明显差异外,后纵韧带硬化后,余指标均降低,分别为椎间盘纤维环最大应力降低24%,最大应力集中在C4/5纤维环旋转方向侧；髓核最大应力降低25%,且最大应力位置由C2/3髓核上方下移至C6/7髓核下方；椎体最大应力下降5%；椎小关节最大应力下降10%。结论：1、后纵韧带硬化后,前屈运动中,椎间盘纤维环最大应力减小旋转运动中,椎间盘纤维环最大应力、髓核最大应力、椎体最大应力、椎小关节最大应力亦减小。从生物力学方面证明,后纵韧带硬化后,在前屈及旋转运动中,PLL会承载更多的力,可能加重已有病变或引起继发损伤。2、后纵韧带硬化后,仰伸运动中,椎间盘纤维环最大应力减小,髓核最大应力无明显改变,双侧椎小关节最大应力增加。从生物力学方面证明,后纵韧带硬化后,仰伸运动会使最大受力部位转移到椎小关节,导致继发性椎小关节损伤的可能性增加。