卧位及立位腰椎有限元活动度的对比分析及智能建模系统的构建

发布时间：2021-01-14 16:22

　　背景腰椎结构位置特殊,维持躯干部分基本结构功能。同时相邻阶段之间依靠椎间盘、小关节等组织相连接,使人体能够完成弯腰旋转等活动。临床中利用腰椎有限元技术,可准确计算患者腰椎受力及活动情况,提高手术方案精准度,还可有效减少手术时间。同时,有限元技术不但能分析标本外部力学特性,而且还能得到标本内部各种组织之间相互作用的具体数值,与体外标本实验相比成本更低效率更高。但是,临床上均是利用CT采集到的影像数据,建立腰椎的有限元模型。而CT扫描时,人体处于平躺状态。研究表明人体腰椎分别在平躺与站立的情况下,前凸角与骶骨倾斜角存在明显差异,不能确定计算结果是否能够准确反应站立状态下腰椎的力学环境。同时,由于腰椎有限元模型需要经过三维重建、实体网格、创建材料和截面属性、设置约束等一系列操作。计算完成后,仍会出现设置错误、不收敛等阴性结果,反复操作浪费大量时间,很大程度限制了有限元技术在腰椎治疗规划中的应用。目的本文是为了验证卧立位的影像学差异在腰椎活动度计算中的是否存在影响。同时,构建智能腰椎模型重建系统,代替人工批量重建样本,已达成构建腰椎有限元模型活动度计算结果数据库的目的。方法脊柱有限元建模方法,... 

【文章来源】：南方医科大学广东省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－２腰椎模型三维重建流程

?顿士学位论文???ｈｉＥ＇ｉ?笔??ＨＨｈＨＨＨ??图１－３基于Ｘ光侧位片复位方法。在ｍｉｍｉｃｓ中利用ＣＴ重建三维模型后，模拟侧位Ｘ光片，??并与实际采集的侧位片对比复位。??ＦＩＧ．?１－３?Ｒｅｓｅｔｔｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?Ｘ－ｒａｙ?ｌａｔｅｒａｌ?ｓｌｉｃｅ．?Ｕｓｉｎｇ?ｔｈｅ?ｄａｔｅ?ｆｒｏｍ?ＣＴ?ｔｏ?ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ?ｔｈｅ??３ｄ?ｍｏｄｅｌ?ｉｎ?ｍｉｍｉｃｓ，?ｔｈｅ?ｌａｔｅｒａｌ?Ｘ－ｒａｙ?ｆｉｌｍ?ｗａｓ?ｓｉｍｕｌａｔｅｄ?ａｎｄ?ｃｏｍｐａｒｅｄ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ａｃｔｕａｌ?ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ??ｌａｔｅｒａｌ?ｆｉｌｍ．??２．２．５椎间盘、髓核放样体及小关节的设计??利用ＣＴ影像，椎间盘、小关节及髓核等组织极难重建。且由于腰椎多关节??的特征，利用标记，将ＭＲＩ于ＣＴ数据配准重建的方法无法施行。因此，在构??建腰椎模型时，利用三维工程制图软件人工设计这些组织，是目前最合理的方??法。为了降低人工建模产生的误差，在实体化过程中，己参照原始数据使用轮??廓线将其标出，仅将轮廓线进行放样、转化实体应用和简单的平移就可将这些??非骨组织构建完成。??将己保存为零件的腰椎导入Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋ，选取第一腰椎下中板三个标记点，??构建基准面，并向上平移１．５ｍｍ，避免放样过程中，椎间盘边缘与椎体衔接不??齐。同时，由于利用椎体切割边缘，会留下重合特征，便于实现构建体网格的??过程中，椎间盘与终板、椎体底面共节点。同样方法，提取其他终板特征曲线，??利用放样功能，将这些曲线连接，构成椎间盘主干。髓核约占椎间盘总体积的??６０％，标记终板面中心参考点，

?硕士学位论文???垂直于水平面５００Ｎ的重力。３、不施加重力载荷（模拟０重力情况下腰椎的活??动度）。同时施加７５００Ｎ．ｍｍ力矩来分别模拟模型前伸、后屈、左右侧屈及左右??旋转６个方向的活动。有限元模型的构建流程如图４所示。??Ｓｔｅｐ实体模型?皮质骨?Ａｂａｑｕｓ??＼?１?＇?＇?Ｉ?＇???■?Ｔ??ＨｙＲｆｔｎｎｅｉｈ?小关节?Ｉ参数＾约束??Ｉ?￣，载－，计??实体网格Ｉ?「韧“Ｉ?＿算ｙ量＿??Ｉ?“?１寒ｍ麵??图１－４腰椎有限元模型构建流程。在Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ中将实体化的模型按１．５ｍｍ密度划分为网??格单元，并构建韧带，最后再Ａｂａｑｕｓ中设置约束及参数。??ＦＩＧ．?１－４?ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｌｕｍｂａｒ?ｓｐｉｎｅ．?Ｉｎ?Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ，?ｔｈｅ??ｍａｔｅｒｉａｌｉｚｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｗａｓ?ｄｉｖｉｄｅｄ?ｉｎｔｏ?ｍｅｓｈ?ｕｎｉｔｓ?ｗｉｔｈ?ａ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｏｆ?１．５ｍｍ，?ａｎｄ?ｌｉｇａｍｅｎｔｓ?ｗｅｒｅ??ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．?Ｆｉｎａｌｌｙ，?ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ?ａｎｄ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｗｅｒｅ?ｓｅｔ?ｉｎ?Ａｂａｑｕｓ．??２．２．７瞬心法测量腰椎活动度??在理论力学中，刚体平面运动时，同一物体中瞬时速度为零的点为瞬心，??每个平面运动中的刚体只有一个瞬心，且刚体上的任一点相对于它的瞬心角速??度都相等。但在测量腰椎活动度的过程中，由于位移前后的同一阶段的腰椎围??绕椎体外一点运动，瞬心法难以实施。在进行测量的过程中，我们取椎体上两??点进

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本文编号：2977166