上颈椎三维有限元模型的建立与分析

【摘要】上颈椎由寰椎、枢椎、连接其间的关节囊、韧带等结构组成,解剖结构活动度大而稳定度较差,毗邻延髓、颈髓、小脑等重要结构,易造成致命损伤。随着上颈椎发病率的增加,对上颈椎损伤机制的研究,有助于医生更好地对其进行治疗与预防。本文主要通过建立上颈椎三维有限元模型进行后伸、侧弯与旋转的仿真分析,为上颈椎临床诊断提供相应依据,使医生充分认识上颈椎的损伤机制。本文通过螺旋CT扫描正常人上颈椎,利用医学三维重建软件Mimics获取其整体轮廓曲线,通过阈值分割、区域生长、空洞填补等步骤,建立一个包括上颈椎椎骨、关节囊、前纵韧带、后纵韧带、十字韧带、翼状韧带的上颈椎三维面网格模型,并对其进行有限元前处理。之后在ANSYS中建立上颈椎有限元模型,利用文献中获得的尸体数据和前人的有限元模型仿真数据进行不同力矩作用下椎体旋转角度的对比,证明本模型可以用于进一步上颈椎力学性能研究。最后对上颈椎有限元模型在不同力矩下模拟后伸、侧弯与旋转运动,得到C0-C1,C1-C2节段的角位移情况及椎骨、韧带等部位的应力应变情况,并进行结果分析。本文的创新工作主要包含以下三点：1、建立了一种更为实用准确的有限元模型,比常用实体建模方式更接近实际解剖结构,所建模型网格质量更为优良,保证了最终有限元分析结果的高效性及准确性。2、通过蒙罩进行更精确的材质赋值,与在ANSYS中材质赋值相比可根据情况人工选取合适区域,更加接近人体真实结构。3、利用逆向工程,采用四面体实体单元对韧带建模,比目前的两点式缆索单元韧带模型更为精确,可直接查看某一韧带的形变及应力情况。利用本文模型可以模拟上颈椎生物力学实验,直观的查看韧带及椎体的应力及位移状态,并通过查看仿真结果与临床结果进行对比,为医生实际诊断提供依据。
【作者】丁欣；
【导师】黄绍辉；
【作者基本信息】厦门大学，计算机技术，2014，硕士
【关键词】上颈椎；有限元模型；生物力学；

【参考文献】
[1]刘涛.公交驾驶员排班与轮班问题的模型与算法研究[D].北京交通大学,2013.
[2]王真钰.久效磷农药对虹鳟鱼性腺细胞系性激素生成途径的影响及其机制研究[D].中国海洋大学,生态学,2014,博士.
[3]王中华.个性化教学背景下教师文化个案研究[D].东北师范大学,课程与教学论,2014,博士.
[4]谢明礼.福建沿海地区旅游空间结构分析[D].福建师范大学,自然地理学,2004,硕士.
[5]徐发仪.带湿度修正的煤气流量计量系统设计[J].冶金自动化,1989,03:48-50.
[6]魏小丽.He-Ne激光和增强UV-B辐射对小麦幼苗核纤层蛋白B的影响[D].山西师范大学,植物学,2014,硕士.
[7]郭钰,郭丽伟,陈小龙,黄郊,贾玉萍,林菁菁,芦伟.六方晶型硅面碳化硅外延生长高质量的石墨烯[A].中国硅酸盐学会晶体生长与材料分会.第十六届全国晶体生长与材料学术会议论文集-11蓝宝石及衬底材料[C].中国硅酸盐学会晶体生长与材料分会:,2012:2.
[8]王立超.频率选择表面设计与应用研究[D].南京理工大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[9]翁杰.中国农村劳动力转移与劳动收入份额变动研究[J].中国人口科学,2011,06:14-26+111.
[10]甘海.轴向柱塞泵配流副流场仿真及三角减振槽参数特性分析[D].哈尔滨工业大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[11]董伟.建筑电气节能研究[D].长安大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[12]袁宝国.聚苯胺/石墨烯型复合吸波材料的研究[D].北京化工大学,2014.
[13]刘敬学,费奇.一种确定协商评价问题属性权重的方法[J].控制与决策,2005,06:713-716.
[14]董国.uClinux的分析与移植[D].华东师范大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[15]刘亭立.旅游价值链研究综述:回顾与展望[J].旅游学刊,2013,02:60-66.
[16]赵紫伟.何首乌生熟异用作用机理的研究[D].云南中医学院,中药学,2012,硕士.
[17]吴胜.工业过程的预测控制与PID控制研究[D].杭州电子科技大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[18]马雪莲.基于规则引擎的某企业业务审批系统的设计与实现[D].北京工业大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[19]楼聪.西溪国家湿地公园导游信息系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[20]陈兴.数码电子雷管在工程爆破中的应用研究[D].首都经济贸易大学,安全工程（专业学位）,2014,硕士.
[21]李雪.基于地位获得的高校学术职业流动的效益分析[D].武汉理工大学,高等教育学,2013,硕士.
[22]葛朝阳.企业科技进步综合实力测度指标体系[D].武汉理工大学,企业管理,2003,硕士.
[23]刘玲.源于心 止于画—中西方画家创作情感表达方式比对[D].山西师范大学,美术学,2013,硕士.
[24]李中.“两型社会”建设背景下湖南新型城镇化路径研究[D].中南大学,工商管理,2014,博士.
[25]赵桦.住宅部品在住宅建造中的应用前景研究[D].重庆交通大学,技术经济及管理,2012,硕士.
[26]丁军策,蔡泽祥,王克英.基于广域测量系统的状态估计研究综述[J].电力系统自动化,2006,07:98-103.
[27]张姝娜.新世纪以来草原题材电视纪录片审美特征及文化意蕴[D].内蒙古大学,艺术学,2014,硕士.
[28]刘治明.GL公司职业化管理发展对策研究[D].吉林大学,工业工程,2012,硕士.
[29]孙冰.大豆发芽过程中营养及功能性物质检测[D].黑龙江八一农垦大学,食品科学,2013,硕士.
[30]王华忠,马在田,曹景忠.优化系数傍轴近似方程三维一步法偏移[J].石油地球物理勘探,1998,02:170-184+284.
[31]钱存发.基于Android移动终端的计算机文件备份系统研究[D].江苏科技大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[32]姜微微.中学历史学科校本课程开发研究[D].东北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[33]张文林,牛铜,屈丹,李弼程,裴喜龙.基于声学特征空间非线性流形结构的语音识别声学模型[J].自动化学报.
[34]梁文莉.2014年度国内国防制造技术大盘点[J].国防制造技术,2014,04:4-11.
[35]于大洋,宋曙光,张波,韩学山.区域电网电动汽车充电与风电协同调度的分析[J].电力系统自动化,2011,14:24-29.
[36]徐菡.智能排课系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[37]李昭.铁路干线传输网优化方案研究[D].大连理工大学,电子与通信工程（专业学位）,2012,硕士.
[38]吕兴远.高层斜交网格-RC核心筒结构抗震性能分析[D].北京交通大学,2014.
[39]叶琳.新媒体环境下高校危机管理研究[D].宁波大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[40]王昉.应对珠三角地区电荒问题的地方政府作用研究[D].华南理工大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[41]方国清.锂离子电池锡基负极材料的合成及其性能表征[D].苏州大学,2013.
[42]窦宏宇.信道畸变影响下的语音增强技术研究[D].哈尔滨工业大学,计算机技术,2014,硕士.
[43]曹小丹.苯乙烯基三苯胺类电荷传输材料的合成及性能研究[D].天津大学,应用化学,2004,硕士.
[44]苏媛媛.论保险产品创新的法律机制[D].华中科技大学,2004.
[45]尹磊.全反式维甲酸对球囊损伤动脉后内膜增生及平滑肌细胞PCNA和Cdks表达的影响[D].青岛大学,心血管内科,2003,硕士.
[46]姜卫琳.智能移动机器人均值漂移目标跟踪算法研究[D].西北大学,电路与系统,2014,硕士.
[47]柴峻伟.论“神入”历史教学方法在高中历史教学中的运用[D].华中师范大学,学科教学,2013,硕士.
[48]吴婧黁.金坛市城乡一体化发展模式研究[D].南京农业大学,农村与区域发展,2011,硕士.
[49]张胜.光学信息库数据模型和数据挖掘技术研究[D].合肥工业大学,2004.
[50]孟召霞.照顾临终患者态度量表的跨文化调适及其应用的研究[D].北京中医药大学,中医护理,2014,硕士.