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【摘要】
目的:建立带有颅底的全颈椎三维有限元模型并验证模型有效性,为分析颈椎疾患的生物力学机制提供帮助。 方法:选取一 31 岁健康男性志愿者进行颈椎(包括颅底)薄层 CT 扫描,并将 CT 原始数据以 Dicom 格 式存贮。 运用建模软件Simpleware3.0 把 CT 数据转化为 STL 格式数据,通过 Geomagic 8.0 对数据中的图像进行修补、去噪、铺面并转化为 NURB 曲面模型,得到带有颅底的全颈椎(C0-C7)三维有限元实体模型。应用软件Hypermesh 9.0 进行前处理,包括接触定义、网格划分、材料属性设定及载荷与边界条件设定。 应用 Abaqus 6-9-1 大型有限元计算软件进行计算,将屈曲、伸展、左右侧弯和左右旋转工况下的活动范围(ROM)与 Panjabi 的实验数据进行比较,对模型进行验证。 结果:建立的正常全颈椎三维有限元模型共包含 664026 单元,228557 节 点,具有逼真的几何外观。 通过与 Panjabi 的实验数据进行对比验证,发现该模型在屈伸、侧弯及旋转工况下的ROM 与 Panjabi 的数据基本一致,只有在 C2-C3 旋转活动度方面存在差异(6.03° vs 3°±2.5°,P<0.05)。 结论:所建立的带有颅底的正常全颈椎三维有限元模型满足有限元分析的几何相似性和力学相似性,可用于颈椎的生物力学分析。