脊柱腰骶段的机械简化及有限元分析

根据医学上人体脊柱腰骶段椎体、椎间盘、小关节、关节囊等组成部分的结构形态及连接关系,首先将腰骶段模型进行机械简化;然后,参照临床解剖数据,采用三维设计软件SolidEdge建立腰骶段三维模型,并保存为Parasolid中间格式;最后,将模型导入有限元分析软件ANSYS的Workbench模块中,分析模型在受扭矩及轴向载荷后的变形及应力分布情况。分析结果与病理学上的结论相一致。     

胸廓对椎体侧弯和轴向旋转影响的力学研究

借助计算机辅助软件Solidworks,将胸廓在维持椎体稳定性方面的作用数字化.根据正常人体骨骼高仿模型参数和人体脊柱解剖学数据,构建了包括胸廓和不包括胸廓的两种三维有限元计算模型,利用Ansys workbench有限元分析软件,模拟脊柱在不同负载下发生侧弯和轴向旋转时的变形量,读取两种情况下各个椎间盘最大变形量.并将所得数据绘制成折线图,比较其区别,最后从力学层面分析胸廓结构在椎体侧弯和轴向旋转时的影响.结果表明:胸廓的存在,使脊柱单独侧弯受力时,椎间盘最大变形量减少了1.233%~6.28%;脊柱轴向旋转受力时,胸椎部分椎间盘最大变形量减少了21.44%~26.30%,腰椎及以下部分椎间盘最大变形量减少了29.759%~42.829%,因此,在脊柱矫形建模中,胸廓的作用不可忽视.     

侧向力对脊柱侧弯和骨盆倾斜的影响

依据正常人体CT扫描图像建立包括脊椎(T1~S)、骨盆、股骨在内的三位脊柱有限元模型,将这些骨骼部件看做机械零件并依照正常人体骨间关系进行组装,并利用有限元分析软件Workbench对模型进行网格划分;然后对模型施加载荷来模拟脊柱侧弯状况,并分析当Cobb角保持不变时侧向力对脊柱侧弯和骨盆倾斜的影响。得到的与临床症状相符的数据可为脊柱侧弯矫形手术提供参考。