骨质疏松腰椎三维有限元模型的建立

目的建立正常人及骨质疏松患者腰椎三维有限元模型,观察骨质疏松导致的骨结构及性质的改变对骨生物力学的影响。方法选择健康及骨质疏松老年女性患者各1例,通过CT扫描获得志愿者腰椎数据,Mimics10.0软件生成腰椎三维模型;将三维模型数据导入Hypermesh10.0软件进行网格划分,建立有限元模型;根据腰椎CT灰度值对三维模型赋10种材料属性后,导入Abaqus 6.9内施加载荷、设置边界条件等操作建立正常及骨质疏松腰椎三维有限元模型,观察腰椎最大米塞斯应力(yon mises stress)、最大位移、最大轴向应变3项指标。结果建立正常人和骨质疏松患者第五腰椎(L5)三维有限元模型;日常生理载荷作用下,正常人L5产生的最大von misesstress、最大位移、最大轴向应变分别为4.171 Mpa、1.693e-2 mm、5.508e-5;骨质疏松患者L5产生的最大yon mises stress、最大位移、最大轴向应变分别为4.451 Mpa、3.822e-2 mm、1.414e-4。结论日常生理载荷作用下,骨质疏松患者和正常人L5所产生的应力无明显差异。但骨质疏松患者腰椎更容易产生应力集中,抵御载荷储备能力降低。