切除不同范围钩突后颈椎关节突的有限元对比分析

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数字化及计算机技术的革新为有限元发展提供了坚实基础，治疗颈椎病时，不仅可以相对准确地模拟颈椎、椎间盘和韧带，还可以对颈部模型进行生物应力分析，其中有限元分析技术对疾病的防治及诊断起到了指导作用。

方法：二维数据的三维重建将 DICOM 数据导入 Mimics软件中，确定阈值。利用不同组织的 CT 值，确定合理阈值范围，分离椎体和周围软组织。利用系统预设阈值在扫描图像中画出骨组织，然后对其进行区域生长，分割出骨组织部分，再根据研究需要对不同部位进行颜色划分。由于皮质骨松质骨二者密度不同导致阈值分割时无法辨认而出现空洞，设置填充空洞。最后根据不同标记行不同部位骨组织三维重建，完成后生成 stl文件。三维实体模型的重建将数据以 STL 格式导入Geomagic studio 软件中通过采样、光滑、生成面片、表面拟合等操作生成基于面片的实体模型，以 IGES 格式输出保存。三维有限元模型的重建将文件以 IGES 格式保存并导入 ProE 绘图软件中，对椎体结构进行“切除”，分为正常组、单侧钩突切除 50% 组、单侧钩突切除 100% 组和双侧钩椎关节切除 100% 组，最后将模型复位，形成完整的几何模型。将之前建立完成的椎体和椎间盘等几何模型导入Hypermesh 软件中，进行网格划分、并建立材料参数、边界条件、加载条件等卡片，建立椎体、椎间盘的接触关系等。在导入 Abaqus 6.14 软件前先在 C0-T1椎体运用布尔运算分离皮质骨和松质骨，然后划分椎体结构网格，构建正常椎体的网格模型。模型建立过程中的单元设置及材料属性定义切除 C5不同范围钩突的椎体网格划分模型，然后组装各椎体及间盘，添加脊柱颈段关节囊及关节囊韧带、前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带等，上述韧带根据其功能均用Tensiononlytruss 单元模拟，定义 Truss 单元为压缩无弹力、拉伸有弹力属性。应用 Abaqus 软件加载 75 N 附加载荷和1 N·m 外力偶矩 (75 N 是预估头部质量，1 N·m 为前屈后伸等弯曲载荷 )，在前屈、后伸、左右侧屈和左右旋转 6 种工况下进行力学分析，以对比 6 种状态下的力学变化与规律。