应用三维有限元模型研究颈椎不同工况下的生物力学变化

目的　研究颈椎前屈、后伸、侧屈、旋转等多种工况下 ,钩椎关节、小关节应力规律 ,从应力角度探讨钩椎关节、小关节退变的生物力学机制。方法　测量尸体颈段脊柱各节点三维坐标 ,利用SU PER SAP软件建立机内模型 ,模拟完整的颈段脊柱力学模型。通过测量求得力矩值 ,直接或根据力矩等价公式间接将肌力值加载于模型体表各点。运用颈椎周围不同肌肉对颈椎作用力的变化 ,模拟正常活动范围内颈椎前屈、后伸、侧屈、旋转等多种工况。分别计算并得出相应载荷下钩椎关节、小关节应力值。结果　钩椎关节在各种工况下的受力总体上集中于颈椎中下段。前屈时 ,由上至下呈现逐渐增大趋势 ;后伸时 ,在C4～ 5、C5～ 6出现应力集中现象。小关节各种工况下的受力状况总体趋势与钩椎关节相同 ,前屈时Z轴上受到拉应力 ,后伸时受到压应力 ,且后伸时承受的拉应力是前屈时承受压应力的 2倍多。这说明小关节在后伸时起到承受和传导载荷的作用。结论　不同运动状态下 ,中下段颈椎的钩椎关节、小关节出现应力集中。