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寰枢椎复合体三维有限元模型的建立与寰枢椎复合骨折机制的有限元分析

王雷1柳超1田纪伟1陈博2

1. 上海交通大学附属第一人民医院骨科2. 上海交通大学附属瑞金医院伤骨科研究所

摘要:[目的]建立并验证寰枢椎复合体三维有限元模型,并应用该模型探讨在过屈+压缩和过伸+压缩载荷下寰枢椎复合骨折的损伤机制和骨折类型。[方法]对正常青年男性志愿者,采用64排螺旋CT机扫描颈部,层厚0.625mm,以Dicom格式保存数据,将数据通过Simpleware 3.0进行分割降噪滤波处理,转化为STL三角网格模型,再利用Geomagic 8.0进行曲面模拟生成NURB曲面模型,经Hypermesh 10.0进行接触定义、网格划分、材料赋值、边界约束等,得到包括皮质骨、松质骨、椎间盘、主要韧带在内的寰枢椎复合体三维有限元实体模型。在相同的加载条件下测量模型屈、伸、侧屈、旋转等工况下的活动度(ROM),并与文献进行对比验证。模型验证后,通过在过伸位及过屈位上加载垂直向下的10 m/s的速度,并添加头部自身50 N的重量,模拟临床常见的过伸+压缩和过屈+压缩受伤暴力,将寰枢椎作为整体分析在此加载条件下寰枢椎不同部位应力分布并探讨相应的复合骨折类型。[结果](1)建立的寰枢椎复合体模型外观逼真,几何相似性好,解剖结构完整详细。与Panjabi实验结果进行比较验证,结果基本吻合;(2)过伸位加载垂直向下力时,Von Mises应力云图提示:C1前弓、后弓应力最大并产生断裂;C2齿状突、寰枢外侧关节应力最大,产生类似压缩性骨折表现。过屈加载竖直向下的力时,Von Mises应力云图提示:C1前弓、后弓应力最大并产生断裂;C2齿状突应力最大,产生类似Ⅱ型齿状突骨折表现。[结论]建立的寰枢椎复合体三维有限元模型可以很好的模拟寰枢椎复合体的生物力学特性。仿真结果提示:寰枢椎复合骨折的生物力学机制可能与过伸+压缩和过屈+压缩两种载荷相关。
  • 专辑:

    医药卫生

  • 专题:

    外科学

  • 分类号:

    R687.3

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