正常人与骨质疏松患者胸腰椎三维有限元模型的建立及分析

摘要

目的:基于CT医学图像,建立骨质疏松患者的T11～L3的三维有限元模型,对其生物力学特性进行分析。方法:实验于2003-09/2004-02在上海大学生物力学研究所完成。选取骨质疏松症患者1例,女,65岁,骨密度值与正常人相比,T值=-2.68<-2.5。CT扫描证实无脊柱畸形或破坏。应用CT扫描技术、图形数字化方法获取胸腰段的三维坐标,利用ANSYS5.0有限元分析软件等工具建立骨质疏松患者胸腰段的三维有限元模型。结果:①L1椎体在轴向载存800N作用下的应力场分布表明,正常椎体皮质骨、松质骨、终板、纤维环、后部结构的平均应力值高于骨质疏松椎体(分别为1.786,1.542MPa;0.742,0.601MPa;0.839,0.608MPa;0.862,0.554MPa;0.424,0.308MPa)。②从椎体的剖面上观察,外面皮质骨应力较大,里面松质骨应力较小。椎体骨密质的应力集中在近椎弓根附近,松质骨的应力集中在与终板临近的中央部分,后部结构的应力分布不均匀,应力集中在椎弓根、峡部和小关节部分,而横突和棘的应力水平很低。胸腰椎的应力分布规律和人体正常椎体相似。骨质疏松椎体的应力分布规律与正常椎体应力分布相似,相同承载,不过应力比较低,负载规律相一致。两者的应力分布相似,就是数值不同而已。结论:应用三维有限元法分析骨质疏松椎体的力学特性是切实可行的并能获得独特的信息,结果可信。