半限制性人工椎间盘假体植入三维有限元模型的建立

摘要

目的 建立半限制性人工椎间盘假体(SIAD)及腰椎L4-5活动节段高精度三维有限元(FE)模型,拟为生物力学实验研究提供标准数学模型.方法 在Auto CAD中设计SIAD假体,基于CT数据通过Mimics建立腰椎L4-5节段三维模型,将SIAD模型放置于L4-5椎间盘,数据导入Abaqus采用有限元装配技术转换成有限元模型.采用轴向负荷400 N以模拟L4-5节段正常的中立位负荷,采用轴向负荷400 N及10 N·m模拟后伸负荷,验证所建立模型的科学性.结果 建立了SIAD放置于腰椎L4-5活动节段高精度三维有限元模型,包括:腰椎L4-5活动节段FE模型34 123个节点及162 858个单元,SIAD的FE模型2 144个节点及6 279个单元.力学测试显示中立位负荷及后伸负荷时所建立FE模型力学分布与现有结果一致.结论 通过计算机辅助设计可以以自动化程度较高的方法建立高精度NAD假体有限元模型,Mimics通过基于阈值算法及参数化建模提供精确腰椎活动节段模型,两者可以基于有限元装配技术转换成有限元模型,该模型可用于脊柱生物力学的进一步研究.