枢椎有限元模型建立及齿突骨折的有限元分析

摘要

目的建立并验证枢椎三维有限元模型,并应用该模型探讨齿突垂直和水平方向不同角度载荷下的损伤机制和骨折类型。方法对健康成年男性颈部进行CT扫描,层厚0.6mm,无间隔。将DICOM图像数据导入Mimics软件中,生成网格化的枢椎表面三维图像,再经ANSYS ICEM CFD处理,生成包括皮质骨和松质骨的实体模型。模拟体外生物力学试验验证模型。模型验证后,通过对齿突前部垂直和水平方向上施加不同角度的载荷,分析各种条件下齿突的应力分布并探讨相应的骨折类型。结果（1）模型验证结果与体外生物力学试验的数据基本一致,后伸载荷下产生Ⅲ型齿突骨折,最大应力为123MPa;倾斜45°载荷下产生Ⅱ型齿突骨折,最大应力为121MPa,与皮质骨的屈服应力（138MPa）分别相差11%和12%。（2）齿突前部垂直和水平方向不同角度外力加载的应力分布图显示,应力集中区域可发生转变,预示骨折类型可能由Ⅲ型转变为Ⅱ型,且最大应力值逐渐增大。皮质骨承受主要应力。结论我们建立的枢椎有限元模型经过验证可以很好地模拟枢椎的生物力学特性,其中包括皮质骨和松质骨结构。两种力学加载模式的应力分布图显示随着作用力角度的变化,会出现齿突骨折类型的转变,预示外力作用的方向是决定齿突骨折类型的关键因素。