全颈椎模型建立及不同牵引方位下的牵引力与牵引角度特征

背景:作者设计了一种新型的颈椎牵引机器人,在该设备研发过程中存在有牵引力与牵引角度不确定的问题,这些问题是影响患者治疗效果的重要因素。目的:建立C1-C7颈椎骨的三维有限元模型并验证该模型的有效性,讨论不同牵引力和牵引角度变化对颈椎间盘的影响。方法:采用1名30岁健康无颈椎病史的成年志愿者的颈椎CT数据,通过Mimics 21.0、3-matic软件生成颈椎间盘及颈椎骨实体CAD模型,并对该模型划分网格。然后导入Abaqus 2016有限元分析软件中添加颈椎韧带并对其进行有效性验证。在生成的颈椎模型上施加相应约束及载荷,模拟人坐位时牵引力及角度发生变化的牵引,分析牵引力和牵引角度对牵引效果的影响。结果与结论:（1）对于新型牵引设备来说,在50-150 N的牵引力范围内,牵引力越大牵引效果越好,但牵引力过大会导致患者疼痛大幅增加,可以选择治疗效果较好的130 N作为牵引力;（2）随着牵引角度从0°增加到20°,前屈位下的椎间盘变形量逐步变小,<10°的牵引角度比较适合新型牵引设备的前屈位治疗;（3）后屈和左右屈曲位下的椎间盘变形量随角度增大而逐渐增大,并在16°-17°时到达相对稳定的变形量,故该设备的后屈和左右屈位应选择16°-20°的牵引角度;（4）成功建立C1-C7颈椎模型并对牵引力和牵引角度进行了有限元分析。