寰樞椎有限元建模及生物力學分析.pdf

1、目的：本課題通過三維有限元方法(the finite element method,FEM)建立寰樞椎模型，并對模型進行加載，獲取和分析寰樞關節(jié)在前屈、后伸、左右側彎、中立位等狀態(tài)下發(fā)生的應力、應變情況。
　　方法：選擇一名健康志愿者（男性，26歲），行頸椎正側位及開口位的X線片，排除骨質病變及先天性寰樞椎畸形。用Philips Brilliance16排螺旋CT，以0.5mm的層厚對志愿者的上頸部進行掃描，獲取頸椎的立體空間圖像

2、信息，保存于CT工作站中，將數據以標準Dicom格式通過光盤刻錄保存。將光盤中的圖像數據通過 import images導入醫(yī)學交互式軟件mimics10.01，通過域值分析、2D圖像處理、calculate3D、模型分離、表面網格自動劃分等步驟處理，重建出理想的寰樞椎三維幾何模型。將模型數據導入 ANSYS10.0軟件中，對模型進行材料屬性定義、生成體格式及體網格劃分等步驟，最終生成有限元模型。并對模型分別進行邊界定義、壓力加載及求解

3、等，分別模擬寰樞椎在中立位、前屈位、后伸位、左右側彎位等狀態(tài)下，求解出有限元模型對給予的壓力加載所產生的應力、應變，并導出各種狀態(tài)下的應力等效分布云圖。
　　結果：通過有限元軟件的有限元方程組對模型分別模擬寰樞椎不同狀態(tài)下進行不同壓力加載的運算求解，得出精確的近似值并通過應力等效分布云圖的形式來體現應力、應變的情況。各個應力等效分布云圖顯示的結果：1、模擬屈曲狀態(tài)下加載，寰椎模型的應力最大點集中于前弓,次級應力集中區(qū)域為后弓及側塊

4、；2、模擬后伸狀態(tài)下加載，寰椎模型的應力集中于后弓，其次是前弓；3、模擬中立位下加載，寰椎模型的應力集中于前、后弓，其次是兩側的側塊；4、模擬左右側彎狀態(tài)下，寰椎模型的應力集中于兩側的側塊，其次是前后弓。
　　結論：1、本實驗的數據及結果與以往文獻的寰樞椎生物力學研究的結論基本一致。所建立的寰樞椎三維有限元模型，是一個有效的、逼真的、準確的頸椎單節(jié)段功能單位力學分析的虛擬數字化模型。2、寰樞椎在遭受不同大小及不同方向的外力作用時,