隨著生活、工作壓力日益加大，腰椎疾病成為威脅人類健康的一大殺手，人們對于腰椎疾病的關注也日益增強。臨床上最常見的2類腰椎疾病有：腰椎間盤突出、椎間盤退變、腰椎骨質疏松和壓縮性骨折。通過建立有效的腰椎有限元模型，分析腰椎各部分受力情況， 針對以上2種疾病的有限元模型分別加載不同的條件，再通過計算得出有限元分析結果，對于研究腰椎疾病的預防、診斷、治療與評價具有重要意義。所謂有限元就是一種用于分析結構的矩陣方法，其基本原理是將一個由無限個質點和有限個自由度的連續體劃分成有限個小單位體的集合體等。
      首次將有限元法應用于脊柱生物力學研究。有限元分析方法不僅將椎體、小關節等生動地呈現，甚至將周圍的韌帶、關節囊、肌肉都加入模型中，更加真實地反映脊柱的生長狀態和受力情況。
      腰椎有限元建模方法包括3種：醫學圖像建模、數字化儀建模和解剖學數據建模。這種方法因過程繁雜、誤差較大，且對象為尸體椎骨，無法體現腰椎的各種生理狀態和建模的個性化，基本已被淘汰。而圖像建模具有自動、標準、快速完成建模過程的優點，為后面的分析過程節省了很多時間，是腰椎有限元分析的主要研究方法。建模步驟為首先對研究對象腰椎區域進行掃描，獲取影像數據，然后在等軟件中創建腰椎運動節段精確的幾何模型，對幾何模型實體化后再用軟件對實體模型賦予材料屬性，對模型進行網格劃分，從而建立腰椎運動節段的有限元模型。
      根據不同的實驗目的，需要對腰椎的有限元模型施加不同的約束及模擬腰椎的生理載荷，以研究腰椎運動節段在不同載荷下的生物力學特性的改變。在余列道等人建立的正常等 椎體節段的有限元模型中，分析數據得知最大應力位于終板，應力分布呈蝶形，主要集中在腰椎后下緣，峽部是應力的集中部位。因腰椎存在自然彎曲，應力分布在每個腰椎節段上，其方向及大小都有所變化。僅在節段是成垂直方向的，壓力大部分由腰椎間盤承受，而椎弓承受的較小，因此在椎弓被移除的情況下，椎間盤承受的壓縮力量變化不大。
      在彎曲和扭轉力矩的作用下，的應用力矩由椎間韌帶承擔，只有由椎間盤承擔。當超過彈性極限時，椎間韌帶和棘上韌帶首先被損壞，由椎間盤承受的小部分力量進一步減小，后側韌帶張力增加，髓核需要抵抗的壓縮力矩增大。
      工作壓力大，生活節奏快導致越來越多的成人患上腰椎疾病，研究各類腰椎疾病患者的有限元分析刻不容緩。下面主要介紹46種腰椎疾病的有限元分析結果，供治療前分析參考。
      骨質疏松癥是老年人易發的慢性疾病之一，原因為隨著年齡的增長，骨密度下降和骨的細微結構被破壞，導致骨的脆性增加，易發生骨折。
      椎間盤退變是指髓核和纖維環的理化性質發生改變，隨即出現髓核脫水(纖維環松弛甚至破裂的現象。隨著變化程度的增加，彈性模量呈對稱均勻的降低，最終惡化發展成椎間盤突出，即纖維環破裂后髓核突出壓迫神經根造成以腰腿痛為主要表現的疾病。
      此外，當椎間盤髓核發生退行性改變時，椎間隙變窄而使脊柱前屈，椎體骨皮質自身發生退行性改變，椎間隙附近的骨皮質增生使強度增加，而椎體中部的骨量下降，使椎體前緣的皮質凹陷相對加大，椎體前緣的骨皮質所受載荷明顯增加，載荷的傳遞從中柱向前柱轉移，椎間盤摘除是目前常用的治療椎間盤退變的手術方法之一，但術后遠期效果不佳，主要原因是正常腰段脊柱的生理形態和生物力學機制因摘除了椎間盤而發生了變化， 腰椎功能紊亂，出現腰椎活動度改變、脊椎不穩、頑固性下腰痛甚至脊椎滑脫等癥狀。因此需要建立腰椎運動節段椎間盤摘除的三維有限元模型，分析椎間盤摘除后腰椎生物力學的改變。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                  杭州納泰科技咨詢有限公司
                                                                          本文出自杭州納泰科技咨詢有限公司www.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！