【摘要】：目的:1.利用計算機(jī)有限元研究(FEA)方法進(jìn)行生物力學(xué)研究,模擬功能復(fù)位治療骨質(zhì)疏松性L1椎體壓縮骨折愈合后的高度恢復(fù)較正常降低10%、30%、60%,分析功能復(fù)位治療骨折椎體內(nèi)部椎間盤、骨折椎體與相鄰椎體以及小關(guān)節(jié)在不同復(fù)位水平下的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況,分析脊柱穩(wěn)定性的生物力學(xué)特性。2.應(yīng)用有限元分析方法來探討不同復(fù)位水平下,影響陳舊性骨質(zhì)疏松性胸腰段壓縮骨折的脊柱力學(xué)改變的因素,進(jìn)而探尋功能復(fù)位的最低標(biāo)準(zhǔn),為該手法的臨床應(yīng)用和規(guī)范提供一定的理論和實驗依據(jù)。方法:1.CT影像資料收集:選擇正常老年人臨床志愿者和甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院骨科住院患者各1例,使用我院64排螺旋CT,對其T11椎體上緣至L3椎體下緣掃描,獲取圖像后以DICOM格式保存。2.三維幾何的建立與驗證:將DICOM格式的圖像導(dǎo)入Mimics16.0軟件進(jìn)行椎體分離,然后運用Geomagic studio優(yōu)化、Solidworks組裝等軟件建立T11-L3共五個椎體的3D幾何模型。然后模擬胸腰椎壓縮性骨折,給予L1椎體一定的位移造成其骨折,模擬功能復(fù)位治療骨折愈合后L1椎體高度較正常降低10%、30%、60%壓縮性骨折的三維有限元模型,驗證其有效性。3.建立T11-L3有限元模型:將幾何模型T11-L3椎體導(dǎo)入Solidworks軟件進(jìn)行裝配,然后建立椎體皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨,上下終板、椎間盤、關(guān)節(jié)突軟骨,在ANASYS軟件中添加彈簧模擬各部位韌帶。4.有限元分析:將正常人體T11-L3模型和L1椎體壓縮性骨折模型分別導(dǎo)入ANASYS軟件分析,設(shè)置L3椎體下緣為約束條件,在T11椎體的上表面施加均勻分布的垂直向下力500N,模擬人體直立時的載荷,然后施加7.5Nm的力矩,分別模擬人體前屈、后伸、右側(cè)屈、左側(cè)屈的載荷。記錄并比較各個模型在相同生理載荷下的應(yīng)力和應(yīng)變分布,位移的變化情況。結(jié)果:1.模擬建立了正常人體T11-L3共包含5個椎體、4個椎間盤以及終板、關(guān)節(jié)突軟骨和韌帶,驗證了其有效性,和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對比無明顯區(qū)別,基本復(fù)合正常人體生物力學(xué)特征的三維幾何模型。2.利用正常人體T11-L3有限元模型建立了功能復(fù)位治療后L1椎體前緣較正常降低10%,30%,60%的壓縮模型,在前屈、右側(cè)屈、左側(cè)屈、后伸狀態(tài)下,記錄骨折椎體骨折椎體內(nèi)部椎間盤、骨折椎體及小關(guān)節(jié)的應(yīng)力、應(yīng)變,以及位移的大小。3.將功能復(fù)位治療后的三種復(fù)位高度的L1椎體陳舊性壓縮骨折模型與正常人體T11-L3椎體有限元模型做受力分析對比,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在施加相同的生理載荷的情況下,60%的壓縮模型的骨折椎體與小關(guān)節(jié)的應(yīng)力最大、椎間盤的應(yīng)變最大,脊柱的位移變化也最大,其次為30%和10%的壓縮模型。結(jié)論:1.根據(jù)CT資料建立了正常人體脊柱胸腰段T11-L3椎體三維有限元模型,施加載荷和力矩,通過了有效性驗證,符合正常人體椎體的要求,可用于模型處理和生物力學(xué)分析。2.當(dāng)功能復(fù)位治療后椎體高度恢復(fù)至較正常降低60%時,骨折椎體與小關(guān)節(jié)的應(yīng)力最大,可能會造成臨近椎體的再次骨折進(jìn)而影響整個脊柱的穩(wěn)定性,以及造成局部的疼痛;骨折椎體內(nèi)部椎間盤應(yīng)變最大,可能會造成椎間盤的突出。3.當(dāng)功能復(fù)位治療后椎體高度恢復(fù)至較正常降低10%時,鄰近椎體與小關(guān)節(jié)的應(yīng)力最小,椎間盤應(yīng)變最小,脊柱穩(wěn)定性最好;30%的壓縮椎體椎間盤、骨折椎體與小關(guān)節(jié)的應(yīng)力應(yīng)變較小,脊柱的穩(wěn)定性較好,可以被患者接受。
【學(xué)位授予單位】：甘肅中醫(yī)藥大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R274.1
【圖文】：

11-L3節(jié)段三維幾何模型

26圖 2 填孔和光滑表面后以 STL 格式文件保存的網(wǎng)格劃分magic Studio 2014 軟件中打開從 Mimics16.0 保存出來的去除釘狀物和多余特征，處理后得到準(zhǔn)確的幾何模型，然處理（圖 3）。運用網(wǎng)格醫(yī)生命令進(jìn)行模型檢查，然后使用輪廓線，對變形或者不合理的輪廓進(jìn)行編輯，刪除不需廓線方便生成曲面片（圖 4）；曲面片生成成功后生成曲面面（圖 5），然后將擬合完成的曲面導(dǎo)出為以 STP 幾何模型

2.2.4 搭建正常人體 T11-L3 有限元模型將從 Geomagic Studio 2014 軟件中保存出來的 STP 幾何模型文件分別以零件實體模型導(dǎo)入 SolidWorks2017 軟件，然后把 T11、T12、L1、L2、L3 組裝為一圖 3 進(jìn)行光順、降噪、特征去除、網(wǎng)格醫(yī)生圖 4 編輯輪廓線圖 5 構(gòu)造曲面片圖 6 擬合曲面

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本文編號：2787080