CHINESEJOURNALOFCLINICALANATOMYVOL.24NO.52006【收稿日期】2005-10-24【基金项目】卫生部科学研究基金重点项目(WKJ2005-Z-046),浙江省科技厅基金资助项目(2000KJT008)【作者简介】刘耀升(1974-),男,河北张家口人,博士研究生,主治医师,主要从事退变腰椎有限元研究,Tel:(0571)87783543,E-mail:liuyaosheng001@yahoo.com.cn【通讯作者】陈其昕,教授,博士生导师,Tel(0571)87783540椎间盘高度降低及退变对腰椎生物力学影响的有限元分析刘耀升1,陈其昕1,廖胜辉2,余世策3,吴浩波1,唐小君1(1.浙江大学医学院附属第二医院骨科,杭州310009;2.浙江大学计算机学院CAD&CG国家重点实验室;3.浙江大学建筑工程学院结构工程研究所,杭州310027)【摘要】目的:分析椎间盘高度降低及退变对腰椎活动节段生物力学的影响。方法:首先采用一种新型CAD方法精确构建腰椎L4～5活动节段正常高度椎间盘(NHD)、单纯高度降低椎间盘(PHDD)、椎间盘高度降低合并严重退变(DHDD)三种有限元模型。垂直压缩载荷下,分别对3种有限元模型的生物力学参数进行测试。结果:椎间盘高度降低及退变对腰椎活动节段轴向移位、后外侧椎间盘膨出、纤维环纤维应力最大值有明显的影响,DHDD模型的椎体-终板界面应力分布与NHD和PHDD模型明显不同。结论:高度降低后椎间盘刚度明显增加,DHDD最不易发生内层纤维环纤维破裂,关节突关节间隙与轴向移位比值是决定椎间盘承载力大小的关键因素,退变椎间盘对压缩应力有明显分散传递作用。【关键词】生物力学;有限元分析;验证;椎间盘高度;退变【中图分类号】R318.01【文献标识码】A【文章编号】1001-165X(2006)05-0566-05Theeffectofdischeightanddegenerationonthemechanicalbehavioroflumbarspine:AfiniteelementanalysisLIUYao-sheng*,CHENQi-xin,LIAOSheng-hui,etal.*DepartmentofOrthopaedicSurgery,theSecondAffiliatedHospital,ZhejiangUniversity,Hangzhou310009,China【Abstract】Objective:Toevaluatetheeffectsofdischeightanddegenerationonmechanicalbehaviorofhumanlumbarspinesegments.Methods:AneweffectiveCADmethodwasusedtoaccuratelyestablishthreefiniteelementmodels,includingnormalheightdisc(NHD)model,pureheightdecreaseddisc(PHDD)modelanddegenerationcombinedheightdecreasedisc(DHDD)model.Thebiomechanicalparametersofthreefiniteelementmodelsweremeasuredunderaxialcompressiveload.Results:Theheightanddegenerationofdischadobviouslyeffectsonthemechanicalbehavioroflumbarspinesegmentintermsofaxialdisplacement,posterolateraldiscbulge,themaximumstressintheperipheralanulusfibers.ThestressdistributiondifferedbetweenDHDDandnon-DHDDmodel.Conclusions:Thestiffnessofdiscobviouslyincreasesafterheightdecreasing.ThehappeningofdisruptionofinneranulusfibersisthelowestinDHDDmodel.Theratiobetweenthegapoffacetarticulationandaxialdisplacementarecrucialtodeterminetheloadstrengthofdisc.Thedegenerateddiscplaysaneffectiveroleforstressdistribution.【Keywords】biomechanics;finiteelementmethod;validation;discheight;degeneration生物力学研究表明,脊柱的力学特性受椎间盘高度、横截面积以及椎间隙角度等形态学参数改变的影响[1]。椎间盘高度降低是椎间盘最常发生的形态改变,Lu[2]将椎间盘高度降低分为原发和继发。原发椎间盘高度降低与受试者的体重、升高、年龄以及椎间盘的节段水平密切相关,并受昼夜椎间盘液体交换及蠕变的影响;继发椎间盘高度改变由椎间盘退变、炎症、手术干预引起。临床上,伴发椎间盘严重退变的椎间盘高度降低最为常见。本研究采用一种新型CAD方法精确构建包括正常高度椎间盘、单纯高度降低椎间盘和椎间盘高度降低合并严重退变三种腰椎L4,5节段有限元模型;轴向压缩载荷条件下,分别对有限元模型的轴向位移、纤维环后外侧膨出、关节突接触力、纤维环纤维张应力以及椎体-终板界面等效应力等生物力学参数进行测试,探讨椎间盘高度降低与退变对腰椎活动节段力学特性的影响。1材料方法1.1表面模型的建立选取一名32岁健康...
