本文選題：頸椎 + 椎間盤��； 參考：《河北醫(yī)科大學》2015年碩士論文

【摘要】：目的:本研究旨在利用CT和MRI掃描正常頸椎所得數(shù)據(jù)和計算機技術(shù)重建人體脊柱頸段可視化三維有限元數(shù)字模型,分析正常頸椎間盤在不同工況下的應(yīng)力分布,并通過改變材料賦值模擬頸椎椎間盤退變,分析其力學改變,從而豐富研究資料,為后續(xù)的頸椎病尤其是頸椎椎間盤突出癥的預防、治療、預后及人工椎間盤的開發(fā)與評估等提供研究平臺與可靠保證。方法:選取一名身材最大程度地接近目前中國人的50百分位體型的健康成年男性志愿者進行原始數(shù)據(jù)采集。志愿者采用相同體位分別行螺旋CT掃描和MRI掃描,掃描范圍設(shè)置為顱底上方2cm至第一胸椎下方2cm,掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式保存。在Mimics15.0(試用版)軟件中,利用閾值劃分等工具提取熱區(qū),經(jīng)過蒙板、分離、填充、去突、補凹、光滑等步驟處理,基于CT數(shù)據(jù)建立包含C1-C7全部頸椎節(jié)段的骨性模型,基于MRI數(shù)據(jù)建立髓核的3D模型。將所建模型導入逆向工程軟件Geomagic Studio 12.0中組裝,使用橋接工具建立椎間盤模型,通過偏移功能生成終板模型和韌帶模型,最后進行布爾運算建立纖維環(huán)模型。將各組件導回Mimics15.0(試用版)中,合成完整的頸椎3D模型,并進行網(wǎng)格劃分。將體網(wǎng)格模型導入Ansys13.0中賦值后,再次劃分體網(wǎng)格,設(shè)置邊界條件,最終建立頸椎三維有限元數(shù)字模型。通過對C5-C6節(jié)段加力來驗證該模型的可靠性。為模擬頸椎椎間盤突出,改變材料賦值建立退變模型。之后,對正常及退變模型逐一施加軸向載荷及力偶,模擬并分析頸椎在軸向壓縮、前屈、后伸、側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)五種工況下的形變及應(yīng)力變化。結(jié)果:聯(lián)合運用醫(yī)學圖像處理軟件Mimics15.0(試用版)、Geomagic Studio 12.0和Ansys13.0,對CT、MRI掃描所得DICOM數(shù)據(jù)進行處理,創(chuàng)建了一個較精確的正常人體頸椎C1-C7有限元模型,包含7個椎骨文件、5個椎間盤髓核文件、10個終板文件、5個纖維環(huán)文件、1個前縱韌帶文件、1個后縱韌帶文件和12個黃韌帶文件。模擬的解剖結(jié)構(gòu)細膩準確、高度仿真,經(jīng)測量和計算模型在預載荷下的活動范圍,驗證了模型準確有效,可用于后續(xù)的有限元分析。經(jīng)過改變有限元模型各組成成分的材料賦值,建立了退變的椎間盤有限元模型。通過施加載荷模擬軸向壓縮、前屈、后伸、側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)各工況下正常及退變椎間盤的位移和等效應(yīng)力變化,求解得到了椎間盤各組件的位移形變、等效應(yīng)力分布云圖和動畫等。通過測量纖維環(huán)后緣中部和兩外側(cè)區(qū)等效應(yīng)力的改變以及對比正常和退變椎間盤形變位移和等效應(yīng)力云圖,得到以下結(jié)果:在模擬脊柱頸段負重狀態(tài)時,正常椎間盤應(yīng)力集中在椎間盤后半部分,且后緣中點應(yīng)力最大。椎間盤退變后,髓核及纖維環(huán)均形變減小并且形變區(qū)域向后部移動,髓核的應(yīng)力值沒有明顯變化,終板應(yīng)力較正常有所增大,纖維環(huán)的應(yīng)力值明顯變小,但在應(yīng)力分布上纖維環(huán)后緣中部較外側(cè)部大。在模擬脊柱頸段前屈、后伸、側(cè)彎及旋轉(zhuǎn)等四種生理活動狀態(tài)時,退變椎間盤的整體應(yīng)力分布變化趨勢與正常椎間盤基本一致。正常椎間盤的纖維環(huán)應(yīng)力均表現(xiàn)為后緣中部較后緣外側(cè)部大。退變后,纖維環(huán)的應(yīng)力水平均比正常時升高,但纖維環(huán)的應(yīng)力分布則有所不同:在后伸時與軸向壓縮時一樣,后緣中部較后緣外側(cè)部大,而在脊柱前屈、側(cè)彎時后緣兩外側(cè)部較后緣中部大。結(jié)論:1建立了一個較精確的正常人體頸椎C1-C7有限元數(shù)字模型,其中利用MRI的T2序列數(shù)據(jù)建立的椎間盤髓核更加接近真實狀態(tài)。整個模型仿真度高,經(jīng)驗證準確有效,可用于后續(xù)的有限元分析。2成功建立了C5-C6頸椎間盤退變的有限元數(shù)字模型。并通過施加載荷模擬出了不同工況下椎間盤的位移和等效應(yīng)力變化,證實了在頸椎前屈、側(cè)彎時,纖維環(huán)尤其是后緣兩側(cè)應(yīng)力顯著較后緣中部大,表明椎間盤易損傷部位在后緣外側(cè)部。
[Abstract]:Objective : To study the stress distribution of cervical intervertebral disc under different working conditions and to establish a 3D model for cervical disc herniation . The results are as follows : The stress value of the nucleus pulposus and the annulus of the posterior edge is larger than that in the middle of the trailing edge . The stress value of the nucleus pulposus is higher than that of the posterior border .

【學位授予單位】：河北醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R681.5

【參考文獻】

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本文編號：1787518