脊柱矫正力的计算与分析

发布时间：2020-04-06 02:18

【摘要】：随着青少年特发性脊柱侧弯发病率逐年上升,其对患者产生的身心健康影响越来越受到人们的关注。目前,医院主要通过矫形器与手术内固定的方法治疗患者脊柱侧弯。二者根本原理都是通过对脊柱施加合适的矫形力驱使侧弯脊柱恢复正常。因此对脊柱侧弯的治疗,合适的矫形力加载是治愈根本因素。论文结合医学与力学文献资料,针对具体患者对脊柱侧弯矫形力进行计算分析,并通过有限元仿真计算验证了本文提出的矫形力加载理论依据的正确性。为脊柱侧弯临床治疗提供了一种通用可行的脊柱侧弯矫形力计算方法。(1)论文基于患者CT数据分析患者脊柱侧弯特征,在Mimics软件中采集脊柱侧弯部分T4-L3中心位置的坐标点,在Matlab软件中拟合出精确表达患者脊柱侧弯特征的曲线,并求出脊柱侧弯本构方程。通过编程实现了脊柱侧弯Cobb角自动测量,以及脊柱侧弯顶椎位置和顶椎偏移量。根据脊柱生物力学实验数据及临床骨科医学资料,以弯曲梁模型等效脊柱侧弯进行矫形受力分析计算。引入脊柱综合弹性模量,推导出在不同矫形力作用下,脊柱侧弯任意位置矫形力与矫形角之间的函数关系式。(2)为了计算出脊柱综合弹性模量以及验证脊柱侧弯矫形力与矫形角函数关系式的有效性,论文基于患者临床医学CT扫描数据,通过医学逆向工程软件Mimics17.0软件建立了患者脊柱侧弯部分T4-L3节段椎骨模型,并将其导入Geomagic wrap 2015进行多边形模型表面粗糙度优化处理以及三角面片的均匀优化处理。基于优化的椎骨模型在3D-matic软件中设计生成脊柱椎间盘。最后把椎间盘及脊椎导入Geomagic wrap2015软件进行布尔运算消除椎骨间的重叠部分,并对多边形模型进行精确曲面造型,通过建立合适的曲面片生成可以精确表达患者脊柱侧弯特征的几何模型。(3)查阅文献资料确定脊柱有限元模型中各组织的材料属性,网格单元类型以及各个组织间的连接性质。使用Hypermesh14.0软件划分脊柱网格,并对网格质量进行检查,对网格赋值属性,定义单元类型及接触关系,并通过Link单元网格赋值不同属性模拟脊柱不同韧带组织。建立了与患者脊椎侧弯特征相似的较高的有限元模型。(4)建立的有限元模型与患者临床X光片进行脊柱侧弯特征对比,验证有限元模型的几何相似性。并通过脊柱有限元模型分节段与同类文献资料力学仿真分析结果对比,验证了有限元模型力学特性的有效性。(5)最后使用有限元仿真软件Ansys 15.0对脊柱模型加载不同载荷进行仿真计算,计算结果通过脊柱矫形力与矫形角之间的函数关系式计算出了脊柱综合弹性模量为0.3140MPa,以及患者最佳矫形力的大小及加载位置。
【图文】：

１．２聂文忠建立的脊柱有限元ｅｎｔ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｐｉｎｅ邋ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ中的特点逡逑中的一种重要的方法，起源质点组成的连续体离散化位移及应力模式，各个单的位移传递协调一致，并通求解此方程组，获得各个为零，，再统一为整［２５］。有限，可以在计算机中多次加载物力学实体实验即节约成本

图１．３流程图逡逑Ｆｉｇ邋１．３邋Ｐａｐｅｒ邋ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ逡逑
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R726.8;R318.01

【参考文献】

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本文编号：2615861