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腰椎运动节段三维有限元模型的建立方法

时间:2022-04-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:建立有限元模型的常用步骤:以选取的腰椎运动节段为中心,对标本进行层厚固定的连续CT扫描,将扫描图像存入计算机,应用Photoshop软件进行图像放大处理,打印机输出图形文件。应尽量严格区分骨皮质、骨松质、纤维环、髓核、关节间隙和关节囊及后部结构,力求做到边界精确。

建立有限元模型的常用步骤:以选取的腰椎运动节段为中心,对标本进行层厚固定的连续CT扫描,将扫描图像存入计算机,应用Photoshop软件进行图像放大处理,打印机输出图形文件。将放大输出的图形描绘到透明坐标纸上,根据图形的显影描绘骨皮质、骨松质、髓核、纤维环的界线,严格区分各种特性材料的边界。在坐标纸上建立坐标体系,XY平面为水平面,XZ平面为冠状面,YZ平面为矢状面,在描绘到坐标纸的图形中按有限离散化的原则划分节点、单元,记录每一节点的X轴和Y轴的坐标值,Z轴上的坐标值通过层厚来推算,每个节点沿X、Y、Z轴3个方向平移和转动共6个自由度,然后将每一节点的坐标值输入计算机,运用有限元计算程序在计算机内进行三维空间建模。在模型中涉及到的各种组织材料均简化为各项同性的均质线弹性材料,将各个材料的弹性模量、泊松比、剪切模量等相关数据输入模型,使模型的骨皮质、骨松质、椎间盘、小关节和后部结构等各部位的力学性质符合正常人体解剖结构(如表2-2)。

图2-2 L4-L5有限元模型:包括2个椎体、2个终板,2个腰椎小关节和7条有关韧带

表2-2 腰椎运动节段各材料的性质系数

建模过程中有许多因素影响着分析的精确性,如单元的划分、节点的选择、边界条件的规定都是其中重要的因素。应尽量严格区分骨皮质、骨松质、纤维环、髓核、关节间隙和关节囊及后部结构,力求做到边界精确。

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