人工寰齿关节置换后寰枢关节有限元模型的建立及其有效性验证

【作者】 胡勇； 赵红勇； 谢辉； 袁振山； 董伟鑫； 张美超；

【机构】 宁波市第六医院脊柱外科； 南方医科大学生物力学重点实验室；

【摘要】 目的:建立具有详细解剖结构的人工寰齿关节置换后寰枢关节有限元模型并验证其有效性。方法:对人体正常新鲜寰枢椎尸体标本和人工寰齿关节进行薄层CT扫描,扫描数据导入Mimics软件进行寰枢椎椎骨模型和人工寰齿关节三维模型重建,然后将模型数据导入Freeform软件,以临床操作为参考,将人工寰齿关节模型装配于寰枢椎模型,再导入Ansys有限元软件构建人工寰枢关节几何模型,网格划分后添加相关韧带结构,最终建立人工寰齿关节置换后寰枢关节有限元模型,模型中关节面均定为有摩擦系数的表面滑动接触关节。固定C2椎体下缘,在寰椎侧块上关节面施加40N的垂直向下载荷模拟头颅重力,并分别施加不同方向的1.53N·m扭矩载荷,计算求解此模型在前屈、后伸、侧屈及旋转状态下的三维活动度,并与尸体标本实验测得实验数据对比进行验证。结果:建立了具有详细解剖结构的人工寰齿关节置换后寰枢关节有限元模型,整个模型有103053个单元和26324个节点,在前屈、后伸、右侧屈及右旋转状态下,人工寰齿关节模型的活动度分别为1.6°、5.1°、4.6°和22°,模型运动范围与胡勇等的尸体标本实验数据相符合。结论:初步建立的人工寰齿关节置换后寰枢关节有限元模型具有较高的真实性,可以用于工寰齿关节的生物力学性能的分析研究,以便对其进一步优化和改良。更多还原