颈椎后纵韧带骨化生理曲度异常生物力学分析

目的 通过计算生理曲度异常的颈椎后纵韧带骨化生物力学特性，并与正常曲度颈椎生物力学进行比较，探讨颈椎不同曲度对生物力学的影响。方法 选择临汾市人民医院脊柱外科一名颈椎后纵韧带骨化的住院患者，将279张颈椎CT扫描DICOM格式图像导入Mimics建模软件，构建STL格式初步三维模型，利用Geomagic Studio 2013软件精修细化功能对三维模型进行光滑、消除噪点，并生成曲面模型，添加韧带、椎间盘，模拟小关节，然后导入有限元分析软件Ansys workbench 15.0,进行网格划分、赋予材料属性，固定C7椎体，在C1椎体加载载荷，并模拟6种颈椎活动，利用Ansys软件计算颈椎各部分应力，并将计算结果与正常曲度颈椎应力进行对比。结果 共建立包含7个颈椎椎体、5个椎间盘和韧带等结构，共计324 325个节点，149 329个单元。以前屈工况为例，颈椎生理曲度变直有限元模型C2-C6节段的椎间盘应力分别为1.60,1.28,0.53,0.70 MPa,生理曲度正常颈椎有限元模型C2-C6四个椎间盘应力为0.81,0.69,0.66,0.54 MPa。生理曲度异常模型与正常模型相比，差异最大的为C2-C3、C3-C4椎间盘应力；在小关节关节面应力分布中，生理曲度变直模型应力集中在C2-C4节段关节面，应力值远高于C4-C7关节面应力，与生理曲度正常模型相比，应力差距也集中在C2-C4节段关节面。结论 本研究颈椎生理曲度变直有限元模型应力集中在颈椎上半部分，与生理曲度正常的模型应力相比较，曲度变直模型因椎间盘、小关节应力集中，可能会引起颈椎退变加快、压迫周围组织从而产生临床症状。