本文關(guān)鍵詞：基于MRI圖像的人體腰椎節(jié)段三維有限元模型重建及分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：腰椎病變損傷是導(dǎo)致腰腿疼痛的主要原因之一，由于其發(fā)病原因很復(fù)雜，而且久難治愈，對人們正常的生活和工作產(chǎn)生了嚴重的影響。在臨床上，腰椎間盤突出不只是由于受壓所致，大部分原因是因為椎間盤內(nèi)應(yīng)力分布不均勻，局部應(yīng)力集中纖維環(huán)破裂導(dǎo)致。通過對活體進行試驗測量以獲得腰椎間盤的應(yīng)力應(yīng)變及變形在臨床中是非常困難的，迄今為止人們還不能直接從活體上測量腰椎所受力的狀態(tài),進而尋找出腰椎的損傷原因和傳遞力的過程。 通過有限元與生物力學(xué)相結(jié)合的方法建立的腰椎模型不但能模擬人體的脊錐外形，而且具有比較精確的解剖結(jié)構(gòu)，還能模擬人體的各種運動方式，從而計算出相應(yīng)運動情況下各個結(jié)構(gòu)的受力情況。本文所建立的模型和計算在較好的表達腰椎解剖結(jié)構(gòu)的同時，更能夠表示出腰椎間盤的應(yīng)力應(yīng)變變化特征，有助于深入了解各種腰椎損傷的成因并對診治手段加以改進，為腰椎段的手術(shù)圖像指導(dǎo)和仿真奠定了理論基礎(chǔ)。 本課題采用醫(yī)學(xué)影像的方法，獲得原始數(shù)據(jù)，將MRI掃描得到的Dicom數(shù)據(jù)輸入逆向工程軟件Simpleware中進行圖像處理并優(yōu)化，通過補充建立終板，髓核，纖維環(huán)等結(jié)構(gòu)，建立完整的腰椎三維有限元模型。設(shè)置椎體與椎間盤之間的接觸類型，通過對正壓、前屈、側(cè)彎、后伸等姿態(tài)多次的模擬計算，分析出腰椎在不同載荷下的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律及變形情況。 通過有限元的應(yīng)力應(yīng)變場計算得出，腰椎間盤的生長進化與應(yīng)力有關(guān)；椎弓根部的損傷不僅與腰椎高壓力負荷有關(guān)還與前屈后伸運動有關(guān)；重復(fù)性的前屈，會導(dǎo)致間盤壓力過大，，可能會引發(fā)椎間盤突出癥。 建立的三維人體腰椎模型和研究方法，為醫(yī)生在臨床上分析腰椎疾病的致病機理以及減少術(shù)后復(fù)發(fā)的概率等提供了理論依據(jù)。本模型亦可為今后建立三維人體腰椎模型提供一種建模方式和進行相近研究工作提供一定的參考，也為以后對身體進行健康恢復(fù)性運動提供一定的理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：椎間盤 生物力學(xué) 醫(yī)學(xué)影像 MRI 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R318.01;TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 生物力學(xué)10
• 1.2.1 生物力學(xué)簡介10
• 1.2.2 腰椎生物力學(xué)特性10
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題10-12
• 1.3.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3.2 研究中存在的問題11-12
• 1.4 課題研究的目的意義及主要內(nèi)容12-14
• 1.4.1 研究的目的意義12
• 1.4.2 研究的主要內(nèi)容12-14
• 第二章 腰椎的解剖結(jié)構(gòu)及有限元分析法14-22
• 2.1 腰椎的解剖結(jié)構(gòu)14-16
• 2.1.1 椎骨的解剖結(jié)構(gòu)14-15
• 2.1.2 椎間盤的解剖結(jié)構(gòu)15-16
• 2.2 脊柱有限元分析法16-22
• 2.2.1 有限元分析法簡介16
• 2.2.2 有限元分析問題的步驟16-20
• 2.2.3 有限元線性靜力分析20
• 2.2.4 有限元法在脊柱生物力學(xué)中的應(yīng)用20-21
• 2.2.5 脊柱有限元分析法的優(yōu)缺點21-22
• 第三章 基于 MRI 核磁共振成像的腰椎節(jié)段三維有限元建模22-31
• 3.1 基于 MRI 核磁共振成像的有限元分析發(fā)展概述22-23
• 3.1.3 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)22-23
• 3.1.4 MRI 核磁共振成像技術(shù)23
• 3.2 相關(guān)應(yīng)用軟件介紹23-24
• 3.2.1 Simpleware 軟件介紹23
• 3.2.2 Geomagic Studio 軟件介紹23
• 3.2.3 Workbench 軟件介紹23-24
• 3.3 建立有限元模型24-31
• 3.3.1 導(dǎo)入 MRI 圖像24
• 3.3.2 圖像分割24-26
• 3.3.3 創(chuàng)建幾何模型26-27
• 3.3.4 模型優(yōu)化27-30
• 3.3.5 導(dǎo)入 workbench 軟件30-31
• 第四章 腰椎節(jié)段模型的有限元分析31-47
• 4.1 腰椎節(jié)段模型的有限元分析31-45
• 4.1.6 補充建立有限元模型31-33
• 4.1.7 定義材料屬性33-34
• 4.1.8 網(wǎng)格劃分34-36
• 4.1.9 定義接觸類型36-37
• 4.1.10 設(shè)置邊界條件和加載方式37-38
• 4.1.11 加載38-40
• 4.1.12 求解40-45
• 4.2 仿真結(jié)果分析45-47
• 第五章 結(jié)論與展望47-49
• 5.1 結(jié)論47
• 5.2 展望47-49
• 參考文獻49-53
• 發(fā)表論文和科研情況說明53-54
• 致謝54-55

【參考文獻】

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本文編號：465908