有限元法分析骶椎腰化的力学特征

作者：李健; 关天民; 朱晔^*

来源：中国组织工程研究, 2022, 26(33): 5249-5253.

• 骶椎腰化
• 腰椎稳态
• 梯度赋值
• 有限元
• CT图像
• 逆向工程
• 生物力学

背景：骶椎腰化会导致脊柱节段发生变化，致使脊柱力学结构发生变化，容易引发脊柱病变。目的：分析骶椎腰化模型与正常骶椎模型的静力学区别。方法：通过CT数据基于逆向工程原理建立腰骶几何模型，实验组为骶椎腰化模型，对照组为正常骶椎模型，通过CT数据灰度值进行材料属性梯度赋予，建立韧带，在L_4椎体表面施加200 N的集中力模拟重力，同时在X轴正负向、Y轴正负向、Z轴正负向施加2 N·m的弯矩，模拟椎体进行前屈后伸、左右侧弯、左右旋转6种运动工况，分析模型应力分布、椎体偏转角度及椎间盘L_5与骶骨间的应力分布。结果与结论：(1)在6种工况加载下，实验组模型应力集中明显产生于S_1与S_2关节突接触位置，并且偏转角度明显大于对照组；(2)从椎间盘应力云图分布可以看出，两组模型的应力分布区域接近，符合脊柱受力特性，但实验组椎间盘应力值明显均大于对照组，最大值2.480 MPa出现在实验组前屈工况下，实验组与对照组模型的椎间盘应力差值最大为1.722 5 MPa；(3)结果表明，骶椎腰化整体结构不稳定，尤其是移行椎与骶椎连接位置应力集中更明显，影响到整个脊柱力线的稳定，进而导致脊柱疾病的发生。

• 单位
  大连交通大学; 大连大学附属新华医院