腰椎L4L5活动节段有限元模型的建立与验证

被引：61

作者：

刘耀升 ^{[1
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陈其昕 ^{[1
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廖胜辉 ^{[2
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唐小君 ^{[1
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李方财 ^{[1
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吴浩波 ^{[1
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余世策 ^{[3
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机构：

[1] 浙江大学医学院附属第二医院骨科

[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

来源：

第二军医大学学报 | 2006年 / 06期

关键词：

生物力学; 有限元方法; 计算机辅助设计; 腰椎; 表面模型; 验证;

D O I：

10.16781/j.0258-879x.2006.06.023

中图分类号：

R318.01 [生物力学];

学科分类号：

100103 [病原生物学];

摘要：

目的:采用一种新型计算机辅助设计（CAD）方法精确建立腰椎L4L5节段三维非线性有限元模型并进行充分验证。方法:采用改良的“非种子区域分割方法”提取腰椎CT图像数据中目标区域得到二值图像,用Marching Cubes方法由二值数据生成初始表面模型。采用反映腰椎生理曲度的“最佳切割平面”从初始表面模型获得非平行的切割轮廓线并建立“分段线性子空间”,后者经仿射变换到“规则子空间”快速重构腰椎曲面,最后逆变换恢复腰椎原三维空间形状特征。将表面模型所有结点的坐标数据和三角面片信息导入ANSYS进行网格划分精确建立L4L5节段三维非线性有限元模型,并进行加载验证。结果:所构建的L4L5活动节段有限元模型包括94 794个Solid单元,1 196个Link单元,1 170个Shell单元,768个Target单元,464个Contact单元;同时包含了几何非线性、材料非线性与接触非线性3种非线性类型。不同载荷条件下L4L5节段有限元模型的移位/旋转角度、椎间盘内压等预测结果与文献中相同载荷条件的试验生物力学结果相符合。结论:基于先进算法建立的腰椎L4L5节段表面模型实现了二值图像提取、腰椎曲面重构的全数字化过程,具有极佳的仿真效果。

引用

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