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Ⅲa型腰骶部移行椎及临近节段生物力学的有限元分析

丛洋  
【摘要】:目的:利用有限元技术建立Ⅲa型腰骶部移行椎(LSTV)的三维有限元模型,评估该移行椎及其临近节段的生物力学特点。从而为LSTV患者的腰部活动提供参考意见。方法:选取一位年龄30周岁,影像学诊断排除腰椎疾病的健康志愿者。采用西门子64排螺旋CT对其全部腰椎节段和部分骶椎节段进行扫描,得到0.625mm层厚的CT图片,而后利用医学图像处理软件Mimics17.0对图像数据进行处理。然后应用Geomagic9.0建立几何实体模型,设置边界条件并施加相同载荷,建立正常腰椎模型。在正常腰椎模型基础上,模拟建立Ⅲa型腰骶部移行椎模型(腰5椎右侧横突与骶骨融合)。最后导入Abaqus 13.0有限元分析软件。将骶骨下端固定,在腰1椎体上终板施加500N的纵向压力载荷,分析腰椎的整体受力情况。随后模拟腰椎前屈、后伸、左右侧弯及旋转的生理运动,比较两种模型腰骶部及邻近节段腰4/5、腰5骶1椎间盘的纤维环,腰5横突根部应力情况。结果:本实验所建立的腰椎有限元模型平均刚度与既往所报道的研究结果接近。在左右旋转及左右侧弯时,Ⅲa型LSTV应力主要集中于融合部位的腰5椎横突根部,应力较正常组分别增加815.49%、516.84%、290.00%、197.85%。腰5骶1椎间盘纤维环应力较正常组分别增加15.16%、1.66%、20.63%、14.31%。而腰4/5椎间盘纤维环的应力较正常组减少16.66%、16.00%、17.21%、19.16%。结论:与正常腰椎模型相比,在腰椎旋转及侧弯活动时,Ⅲa型(腰5右侧)LSTV模型的腰4椎体及腰4/5椎间盘受力减小,而腰5骶1椎间盘及融合部位腰5横突根部的应力增加;在前屈,背伸活动时,LSTV模型应力均比正常模型的小。所以LSTV的患者应尽量减少腰部侧弯及旋转活动,从而减少相邻椎体及椎间盘应力。


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