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《创伤外科杂志》 2018年02期
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不同弯矩作用下腰椎正常与压缩骨折模型的有限元分析

黄桂雄  罗世兴  纪德朋  
【摘要】:目的建立L1~3正常腰椎模型和L2椎体压缩骨折的模型,并进行有限元分析,观察在不同弯矩应力下两种模型的椎间盘及关节突的力学分布差异。方法取一位健康男性志愿者腰椎三维CT扫描图像,导入Mimics 16.0软件中,并建立L1~3椎间盘、纤维环和髓核模型,并在正常模型基础上切除L2椎体上半部分,模拟L2椎体压缩骨折(I度),再导入Hypermesh 13.0软件中进行网格划分,后导入Abaqus 14.2软件中,进行体网格划分和建立韧带结构,并在L1上表面施加500N垂直向下的力,再施加大小为5、10和15Nom的弯矩,模拟腰椎做不同幅度的前屈及后伸运动,观察L1~L2(L1~2)椎间盘、L2~L3(L2~3)椎间盘、L1关节突、L2关节突和L3关节突应力最大值及其分布情况。结果椎间盘分析结果提示,在所有工况下骨折模型压应力均比正常模型压应力高,在前屈体位比后伸体位应力高。椎间盘最大应力分布,在工况一到工况七下:正常模型L1~2椎间盘分布规律为由椎间盘的右前方转变为椎间盘的左后方,骨折模型L1~2椎间盘分布规律为由左前方到右后方;L2~3椎间盘的正常模型和骨折模型分布规律均为由右后方到左前方,再到右后方。关节突分析结果提示,在工况一到工况七,两模型的所有关节突最大应力值均表现为由大到小,再到大的过程。关节突最大应力分布无规律,大部分分布于右侧下关节突。结论有限元力学分析显示腰椎压缩骨折后,伤椎的椎间盘和关节突的压应力较正常椎体增大,提示骨折后可能脊柱退变加速。相对关节突,椎间盘的应力分布较规律,关节突应力分布的不规律可能提示骨折后脊柱后柱退变加速部位具有不确定性。

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