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颈椎下颈段三维有限元模型建立及相关应力分析 中文摘要 目的：通过CT 扫描、CAD 建模技术及有限元分析建立颈椎下颈段 三维有限元分析模型（C4/5/6），模拟颈椎退变引起的颈椎病行牵引治疗 时，不同重量牵引时各部结构的应力做出分析，用以指导临床应用。 方法：根据目前通用的国际标准体重及身高，选取健康青年男性 志愿者一名（28岁、170cm、60Kg），排除颈部疼痛疾病及外伤史，X 线排 除颈椎退行性变、颈椎不稳定器质性病变等脊柱疾病后，使用西门子64 层螺旋CT，以0.65 mm 的层距行颈部断层扫描成像，要求颈椎位于扫描 视野中心，保持纵轴方向不动，扫描范围从C1－C7，作轴位、冠状位、 矢状位CT 扫描后，将扫描获得的断层图像转换为DICOM 文件格式输出并 刻录光盘。将DICOM 格式的数据导入专业MIMICS （专业医学影像三维重 建软件），筛选合适的断层图像,行Hounsfiled 值调整，蒙板分割、形态 学操作、布尔计算等预建模处理,建立颈椎下颈段C4-C6两节段椎体及椎 间盘三维表面模型，对模型进行优化并划分网格，然后把各项测量数据 输入建模软件，建立实体模型，对颈椎实体模型及椎间盘模型进行光滑 等优化处理后导入有限元分析软件划分网格生成节点和单元，录入相关 结构材料属性，建立颈椎下颈段C4-C6椎体三维有限元模型。（1）实行模 型边界设定,在模型上加载2.0NM 的纯力矩模拟脊柱的屈曲、后伸、侧屈 试验，将试验结果与体外生物力学试验进行对比验证。（2）在三维有限 元模型上加载2.0NM 的纯力矩载荷，分别加以30N、60N、90N、120N （以 10N=1kg牵引力为标准）的牵引力，分析模型各部受力情况，并与实体模 型数据相比较。 结论：（1）建立颈椎下颈段有限元模型，可以在缺少实体实验的 情况下模拟颈椎的生物力学变化特质。（2）颈椎三维有限元模型可以模 拟颈椎间盘退变后行颈椎牵引下颈椎各部件的受力情况，选择最合适的 颈椎牵引力度指导临床使用。 关键词： 颈椎，牵引，有限元 An Analysis of Model Establishment by the Finite Element Method on the under segment of Cervical Spine and the Relative Stress Analysis ABSTRACT Objective: By CT scanning, CAD technology and the software of finite element analysis, this paper aims at the analysis of the stress from different organization in traction with various weights when imitating the traction therapy on the cervical spondylosis caused by regression so as to guide the clinic application. Methods: According to the current general International standard on weight and height, this paper chose a healthy young male as volunteer without neck pain disease and rtauma history. To start with, this study took digital radiography of cervical spine and Multislice spiral CT on neck in computed tomography with 0.65mm ranges. The cervical spine was supposed to locate in the center of