全颈椎三维有限元模型的建立及旋转牵引疗法研究

摘要

建立带颅骨的全颈椎三维有限元模型.探讨在旋转过程中,不同牵引角度对颈椎间盘的影响.采集1位无颈椎病病史成年男性志愿者的颈椎CT数据.应用Mimics17.0、Geomagic Studio13.0、Hypermesh13.0软件生成颈椎间盘及椎体CAD模型,并划分网格.然后导入Ansys Workbench 15.0分析软件中,得到带颅骨全颈椎三维有限元模型,并验证该模型的有效性.最后在所建模型上添加载荷及约束,模拟人体头颅旋转角度牵引.同一大小牵引力作用下,在前倾情况下,颈椎间盘Z方向的轴向变形随牵引角度增大而逐渐变小,但在后伸和左右屈曲情况下,各个颈椎间盘的Z轴方向轴向变形会随随牵引角度的增大而逐渐增大.同时上颈椎椎间盘的变形幅度远比下颈椎[1]椎间盘的变形幅度要大.例C2～3在牵引角度为20°时,前伸变形幅度由27.7％减小到6.2％,后伸和左右屈曲的变形幅度分别增大到77.3％、58.3％、54.8％.颈椎间盘在旋转过程中其Z轴方向的轴向变形和最大应变呈现由小变大再变小的规律.本研究所建立的带颅骨全颈椎三维有限元模型,可用来进行颈椎旋转牵引的仿真分析.