下颈椎三维有限元模型的建立

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1、第二军医大学学报·338·AcadJSecMiIMedUniv2003Mar；2（43）·实验研究·下颈椎三维有限元模型的建立程黎明1!，贾连顺2，黄本才3，朱川海3，郑本辉3，梅炯1，俞光荣1，蔡宣松1（1.同济大学同济医院骨科，上海200065；2.第二军医大学长征医院骨科，上海200003；3.同济大学工程力学系）［摘要］采用新鲜尸体完整颈椎标本，CT扫描读取C5椎节各结构的三维空间坐标，确立有限元模型的几何边界；根据文献设置材料参数；运用三维有限元分析程序ANSYS5.5，采用实体建模法建立颈椎骨性半结构的三维有限元模型。建立的C5椎节骨性半结构三维有限元模型，共有关键点564个

2、，节点2178个，4面体单元7854个。模型模拟了下颈椎的椎体皮质骨、松质骨、终板以及颈椎侧块、椎弓根、椎板、横突、棘突等脊椎后结构的材料特性。所建模型结构完整，空间结构测量准确度高，单元划分精细，重点突出，较为准确地模拟了下颈椎的形态结构和生物力学特点。［关键词］下颈椎；有限元；计算机［中图分类号］R318.01［文献标识码］B［文章编号］0258-879X（2003）03-0338-03Three-dimensionalfiniteelementsmodeloflowercervicalvertebraeCHENGLi-Ming1!，JIALian-Shun2，HUANGBen-Ca

3、i3，ZHUChuan-Hai3，ZHENGBen-Hui3，MEIJiong1，YUGuang-Rong1，CAIXuan-Song1（1.DepartmentofOrthopaedics，TongjiHospitaI，TongjiUniversity，Shanghai200065，China；2.DepartmentofOrthopaedics，ChangzhengHos-pitaI，SecondMiIitaryMedicaIUniversity，Shanghai200003；3.DepartmentofEngeneering，TongjiUniversity）［ABSTRACT］A

4、freshcadavercervicaIspineswasscannedbythecomputer-assistedtomograph（yCT）.AccordingtothemateriaIpropertiesfromIiteratureandthemathematicaImodeIofC5vertebraebasedonCTscanningimageofthefreshcadavercervicaIspines，thethree-dimen-sionaIfiniteeIementsmodeI（TDFEM）ofC5vertebraestructurewasconstructedbyANS

5、YS-5.5software，whichhad564keypoints，2178nodesand7854tetrahedronseIements.Besides，corticaIsheII，canceIIouscore，endpIatesandposterioreIementsincIudingIateraImasses，pedi-cIe，Iamina，transverseandspinousprocesseswereaIsosimuIated.TheadvantagesofthemodeIincIudeintactstructure，preciseeIements，out-standi

6、ngkeypointsandhighmeasureaccuracy.［KEYWORDS］IowcervicaIvertebrae；finiteeIementanaIysis；computer［AcadJSecMiIMedUniv，2003，2（43）：338-340］"下颈椎解剖结构复杂，不仅形状独特、不规则，而且其组结构，空间分辨率0.198mm。扫描数据存入可读写光盘。成物质亦十分不均匀。对颈椎进行应力、应变等生物力学分自光盘读入存储资料，获取各断层图像，确立一个固定的坐析有较高难度，有时难以通过实验达到研究目的。随着计算标轴，读取C5各层不同结构属性的边界的三维坐标值，读取机技术的

7、发展，有限元方法已成为生物力学研究的常用分析方法为皮质骨、松质骨、终板、后结构（包括椎板、小关节、棘工具，能够模拟越来越多的临床状态［1］。本研究采用实体建突、椎弓根）的边界的三维坐标，以!轴递减2单位（2mm）、模方法建立了下颈椎的三维有限元模型，以期为颈椎生物力"轴跟随的规律共获得位置点800余个。学研究提供有效途径和方法。1.2.2定义关键点进入ANSYS程序前处理器，建立工作平面，将CT图像的坐标系拟合为ANSYS的总体笛卡