退变性腰椎侧凸三维有限元模型的建立及模型优化

来源 :内蒙古医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:godbless97
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目的:通过建立一例退变性腰椎侧凸(degenerative lumbar scoliosis,DLS)志愿患者的脊柱全长三维有限元模型并对该模型进行参数优化和材料属性添加,来为本课题(国家自然科学基金面上项目)的后续研究提供可靠的研究模型,并探讨有限元技术应用于DLS治疗的意义。  方法:本课题应用美国GE64排螺旋CT,设定层距为0.625mm,对一例DLS志愿患者行仰卧位脊柱全长扫描来获得原始影像学dicom断层图像资料共计1121张;进而将所得CT断层图像资料完整导入至MimicsInnovation Suite17.0软件中进行初始三维重建,重现该病例的脊柱全长数字化三维模型,并进行几何清理、优化[1]。通过计算机辅助工程(computer aided engineering,CAE)软件参照国内外权威杂志发表的文献[2-15]添加模型的材料属性并进行后续的处理和分析,建立该志愿患者的脊柱全长三维有限元模型。  结果:本实验中,本例DLS志愿患者脊柱全长三维有限元模型成功建立,共包含颈椎、胸椎、腰椎、骶骨、尾骨总计26节椎体(骨),以及所有间盘及全部主要韧带。设定2种类型的几何单元,包括四面体单元和线缆单元,其中四面体单元511264个,线缆单元391个,计单元总数511655个,材料性质14种。与该例志愿患者的脊柱全长正侧位相对比后发现,本实验中所建立的三维有限元模型与对应X线片中所示脊柱几何形态相似度高,其外观形态逼真,网格划分均匀合理,完全能够为DLS畸形的数字化生物力学实验提供量化指标,为下一步有效性的验证及进行手术设计规划,模拟不同的外科手术打下了较为可靠的坚实的实验基础。  结论:完整收集DLS患者CT扫描的原始影像学dicom断层图像资料后,通过Mimics Innovation Suite17.0以及Ansys Workbench14.5等CAE软件建立DLS患者的脊柱全长三维有限元模型是切实可行的,且模型可以基本完整、逼真地还原患者的脊柱形态和柔韧性,完全能够为DLS畸形的数字化生物力学实验提供量化指标,可在此模型的基础上进行手术方案的制定和模拟,还为下一步手术方案的选择以及不同方案手术治疗效果的评价提供了较为可靠的实验基础。
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