一种新方法建立人体脊柱有限元模型研究与应用

◆ ◆管重2ofamethodAfiniteelementmodelofaTofindamethodafiniteelementmodelofhumanandusemethodtoestablishfinitecolumnbasedonMIUmodelsofL4一segmentofspinerespectivelyinrectangleandforprovidetheoryMaterialsanduseoflofamethodAfiniteelementmodelofaTofindamethodafiniteelementmodelofhumanandusemethodtoestablishfinitecolumnbasedonMIUmodelsofL4一segmentofspinerespectivelyinrectangleandforprovidetheoryMaterialsanduseofllayerSCantechniqueresolutionaxisofMIRandbasedonlmm-ofbodyDicomcontinuous3-ininSimplewaredirectly,andthen，imagesegmentation，dataScanlPmodel3Dnan-three-dimensionalreconstructionordinally,inend，wegetanFEoflumbarsegment(L4-CandividaturthetomodulusandPoisson’SratioforassignandaformatteddocumentwhichcanCan 10．0．ANSYS1italsothemodelinterspinouslongitudinal，andsuperspinouslongitudinal，atlast，wegetannan-linearFEmodeloflumbarsegment(L4-towmoreFEwhichof3abilityofthetowmodel，wewillgettwosetsoflong-termtopo-tdataunder500Naxialdirectionloadand15NmcallmaketheestablishmentofthefiniteelementhumanL4一andcompleteofabilityofthetowmodel，wewillgettwosetsoflong-termtopo-tdataunder500Naxialdirectionloadand15NmcallmaketheestablishmentofthefiniteelementhumanL4一andcompleteofdifferentpartsrespectively,andinthelasttheandtheindifferenceinandtheDicomapplicationsCanmaketheestablishmentofthefiniteelementmodelmoreaccurateandgreatlyintheSimpleware itcallestablishescailformnetworktovaluationfordifferentoffmimelementsobtainedthelong·-termtopo—-KevModelingcanal4·论文一种新方法建立人体脊柱有限元模型的研究应引言有限·论文一种新方法建立人体脊柱有限元模型的研究应引言有限元分析法自20世纪50年代初期诞生，已广泛应用于生物力学领域的究。有限元法是根据变分法原理求解数学上可描述的物理问题的一种数值计算法。它的主要优点是能够解决结构、材料性质和载荷情况比较复杂的问题。但软组织却无能为力。所以快速建立完整的实用的有限元模型十分重要“模拟中国男性一号’’高分辨率切片数据重建全身骨骼系统，顾卫平等I，1用中数字化可视人体图像建立牙齿及牙列的三维实体和有限元模型，不足之处：组切片法在断面很薄的情况下，很难获得一致的断面厚度。而且色彩图像不能直利用，在传递数据的过程中容易丢失很多信息；人为识别各种组织结构，导致5式【11】或经过IGS格式【12】的中间文件转换，导致原始数据信息丢失。@Dicom数后路手术式【11】或经过IGS格式【12】的中间文件转换，导致原始数据信息丢失。@Dicom数后路手术治疗腰椎管狭窄症是广泛开展的技术，通常需要切除较多的骨组织术后致腰椎不稳；直接牵拉致肌肉损伤和神经损伤，而肌肉损伤和肌肉的支配经损伤导致腰椎术后无力，手术创面较大时，神经根周围瘢痕粘连。目前认为术腰椎不稳和粘连是腰椎术后失败综合征的两个主要原因。传统后路手术(矩形窗)：中央切开，棘突表面剥离棘上韧带和棘间韧带的附着点，切除黄韧带，破了韧带的力学功能，导致术后医源性腰椎不稳。该术式通常需要切除较多的织和韧带，破坏和影响了韧带的力学功能，导致术后腰椎不稳。2001年10完整椎管的方法治疗腰椎管狭窄症，术后获得满意效果【151。在随访研究基础上 6MⅪ(西门子公司，德国)对志愿者腰椎以lmm共获得矢状位图像65层，扫MⅪ(西门子公司，德国)对志愿者腰椎以lmm共获得矢状位图像65层，扫描数据以Dicom格式直接存储三、MIR图像的处理和几何模型的建1、导入数据像，如图l2、点击OK后，将出现3个2D窗口，绝大多数手工图分割都是在XYView中操作，如图27图2，XYView3、所需部分的图像分图2，XYView3、所需部分的图像分尽管使用Paim．7_E具通常是最费时的，但是对于分割此类数据确实是最有效方法，如图3j-鸯qz‘‘‘{。一t图3，用鼠标画出4、应用FloodFilljI：具进行填充，如图4囵图45、基于背景的数据图45、基于背景的数据光需要使用基于背景的数据光顺来牛成更加光滑的表而，如图5，町以看到柱表面进行光顺的光滑度的区别。之后再进行反布尔等操作图5，光滑度的在3DViewq丁，在preview‘P选择FE，如图6垦苫7、点击setup，打settings对话框，如图7。点击renderS"得剑有限元的预览7、点击setup，打settings对话框，如图7。点击renderS"得剑有限元的预览亘到这个阶段，如图8所示，并没有实际化成体网格模型，你所看到的仪仪要在FE模块中进行网格操作的表面模型而已。以．sfh为扩展名保存该文什(二)在SanFE1、打丌SanFE模块，导入保存过的以．sfh为扩展名的文件在Panel中点击Mesh选项，如图9，点击Apply。之后会得到一个的体网格，它可以被导入有限兀软件LII，如图10曰inhaurnI_I-刍IP,e-rea：：lcata√幻图2、导口；网格，并对彳i同mask进行赋值，即分别对皮质骨、松质骨、纤维环髓核赋予不同的材料属性，图11．12^∽SIW”妇Add尊t■■州l■一■啊IdI“●o^∽SIW”妇Add尊t■■州l■一■啊IdI“●oL曹Illl∞口小口：昌盘口舅EM口B甜9删=ell一：鬻纂：：=o图L4R-T”。H∞q。n。N·m图能够识别的文件四、在ANSYS中的操L4．5节段的人体脊柱非线性二三维有限元模型五、梯形开窗和矩形五、梯形开窗和矩形开窗有限元模型的建应用上述方法分别建立梯形开窗和矩形开窗的有限元模型结一、完整L4．5节段三维有限元模应用Simplewarc和ANSYS软件成功建立了完整L4—5节段的人体脊柱非线维有限元模型，如图13，表l图13，完整L4．5有限元模下的实验结果，如表2，图14．27果屈后总体下的实验结果，如表2，图14．27果屈后总体最大位移(衄图14，轴向500N载荷下应图14，轴向500N载荷下应图16，屈曲总体应图17，后伸总体应州图20，屈曲总体转图21，后伸总体转图22，左侧弯总体转角图23，左扭转总图22，左侧弯总体转角图23，左扭转总体图24，前屈应力分图25，后伸应力分图26，左扭转应力分布图27，左侧屈应力分布以上分析结果与国内外同种模型的结果相近II引，说明该有限元模型符求，能够满足计算分析的需要，该模型是正确、有效三、梯形和矩形开窗的比应用上述方法建立梯形开窗和矩形开窗两种手术的有限元模型，如图28．31计算轴向500N载荷及15Nm力矩在屈曲、后伸、侧屈、扭转四种：1二况下的分析果，并将所得数值与完整模型进行比较，分析比较两种术式的稳定性“!⋯-‘。!二二料图29，梯形开窗“!⋯-‘。!二二料图29，梯形开窗侧曩图30，矩形开窗后图31，梯形开窗后两种开窗有限元模型的单元和节点数据，见表3．4表3，矩形开窗模型数图32表5，500N轴向载荷15NM侧扭图32表5，500N轴向载荷15NM侧扭四、韧带完美模拟的尝在本实验的研究过程中，试图应用Spleware软件完美重建脊柱周围的韧如图33图33，模拟脊柱周围韧带的脊柱胸腰段有限元模1、目前在脊柱外科，虽然对腰椎的有限元研究比较深入，但是基1、目前在脊柱外科，虽然对腰椎的有限元研究比较深入，但是基于医学图的图像处理建立有限元模型，是一件繁琐复杂的事情，要耗费大量的时间118J统计，有限元的建立和前处理占CAE分析流程的80％的时间。更加快捷、准确建立骨骼有限元模型很有必要。有许多建模软件，如Mimics，将薄层CT和医学数字图像标准结合起来，能够快速的建立模型，但是，它不能够加入间盘对模型的材料属性赋值，这两步要在Ansys中完成，这会给之后的工作带本实验人体脊柱几何模型的优点：①模型精度的提高：西门子3．0T磁共振行业中最为先进的磁共振，能够获得分别以lmm为层厚和分辨率的脊柱三个截证三维重建的精度来源。②可以人为随意生成，如皮质骨面具、松质骨面具应用 理极其复杂，所以一旦这种理想化理极其复杂，所以一旦这种理想化的韧带模型被导入ANSYS后，它并不能发挥◆视觉效果。应用Simpleware软件建模，不仅快捷、准确，还能够建立间盘模型直接生成体网格，这是其他建模软件所不能的2、500N轴向载荷及15NM扭矩加载模拟人体生理活动时，梯形开窗模型和整模型无显著差异，而矩形开窗模型的前屈、侧弯和旋转工况下测试的转角差最显著，旋转角度分别增加了43．2％、15．90A和25．6％。这说明梯形开窗的远·本研究创新·本研究创新性的自我评价Simpleware软件是英国Simplewareg公司的新产品，主要是用于建模的研究报道。本实验通过建立L4．5完整、梯形开窗及矩形开窗有限元模型，验证软件·参考文献付格，刘斌，等．实现与虚拟互动的第3．7颈椎应力分析比较【J】．内蒙古医学杂志l·参考文献付格，刘斌，等．实现与虚拟互动的第3．7颈椎应力分析比较【J】．内蒙古医学杂志l2业大学学报：自然科学报34徐明志，王燕一，徐薪，等．应用三维激光扫描技术建立下颌骨固定义齿的三维有限元5型【J】．口腔医学研究，2006，22(2)：159-6学杂志7和有限元模型[J】．口腔医学，2005．25(1)：1-8袁铎，勒安民，何丽英，等．利用CT扫描及CAD技术建立腰椎活动节段的有限元模型[J】9中国临床解剖学杂志陆声，张美超，等．骨质疏松腰椎三维有限元数字化模型的建立【J】．中国临床康复12马春生，张海钟，等．具有解剖基下颌的人体头部有限元模型的建立【J】．生物医学工程志13张建国，芦俊鹏，等．以头部为例的人体有限元模型重建的方法初步探讨【J】．计算机信息(控一体化)，2006，22(3)：249—14傅栋，昕安民，等．应用CT断层图像快速构建人体骨骼有限元几何模型的方法【J】．中国织工程研究与临床康复15王欢，崔少千，王海义，等．重建椎管后部结构治疗腰椎管狭窄症[J】．中国修复重建外科志，2005，19(12)：982—16刘耀声，陈其昕，廖胜辉等．腰椎L4一L5活动节段有限元模型的建立与验if[J]．第二军大学学报WafaTawackoli，RexA．K．Liebschner,etWafaTawackoli，RexA．K．Liebschner,eta1．TheEffectof1AxialPreloadtheFlexibilityoftheThoracolumbarSpineSpine2004，29：988-18杜汇良，张金换，等．医学图像三维有限元重建中的数据管理及TIO-T12胸椎模型建立叨生物医学工程学杂志·综述有限元分析法在脊柱研究中的应·综述有限元分析法在脊柱研究中的应1、脊柱研究中，有限元模型主要应用于以下四个方面：1．对正常脊柱的生能的评估：2．对异常脊柱(如疾病、退变、老化以及手术)的生物力学的评估限元分为六种，并逐一叙述如下：a全脊柱有限元模型；b椎体有限元限元分为六种，并逐一叙述如下：a全脊柱有限元模型；b椎体有限元模型；C间盘和运动节段有限元模型；d腰椎有限元模型；e颈椎有限元模型；f脊柱疾2、全脊柱有限元模型(简化这里所谓的“简化”是指由几个单元(1或者3)组成单一的节段，再由这简化的单一节段组成整个脊柱。最早的全脊柱模型是1957中所建立的，它采用的是一种简单的“弹簧．聚集"构型【21展，并用减振器来代替椎间盘【3J。直至1J1970年Ome／《、Z飞图17]，用来模拟在加速冲击时的颈椎。Roberts等‘引建立一个相似的有限元模型，此包含一些内部器官，同样分析躯体前方冲击下的损伤机制。Dietrich等【10】建把纤维环看作具有各向异性的弹性属性把纤维环看作具有各向异性的弹性属性的物质，把髓核看作不可压缩的刚体有骨性成分均看成刚体，并且韧带和肌肉的影响都考虑在内。该模型用来研同姿势下，脊柱不同成分的受力和应力分析⋯]。另有一个包括肋骨支架和骨分，并且假定病人是在完全放松到肌肉力量可以忽略不计的程度椎体模型各种成分划分的更加详细，因此它可以提供每种成分的更多的息，包括模型内部的应力和应变以及复杂运动下的应力分布情况。例如等[13141建立一个单一椎体的有限元模型，椎体的详细数据是通过断面解剖和直等是第一个把小关节加入他们建立的模型当中，但是他们却把椎f白J盘看作线性的同种的各向同性的性质【l5l图脊柱各种组成部分的几何形状可以通过以下图脊柱各种组成部分的几何形状可以通过以下三种方式获得，即坐标测量仪三维数字化转换器以及CT扫描的应用。例如，Bozic等【l6】利用来至CT的影学数据建立的颈椎固态三维有限元模型，用以研究颈椎爆裂骨折的力学机制此种方法的原理是将CT的每一体素的数据直接转化为以1．25mm为边长的立种建模方法的优点是，每一体素的近似骨密度可以通过CT资料获得，并且用来研究寰椎骨折的力学机制【18】。Whyne等【191建立了单一L1型，此模型在结构形状以及材料特性上有所简化，用以研究椎弓根及椎弓体的应力分析(如图7)。Mizrahi等【20】建立单一L3椎体的有限元模型，用来析骨质疏松的椎体在压力负荷下的应力变化，该模型降低了椎体骨的杨氏模量材料特性由定量CT扫描的密度数据所决定。该研究表明椎体的能始发于软骨终板的压缩骨折。一些研究分析了皮质骨外壳和松质骨小梁体垂直压力负荷中的作用，Silva等12l曲率的不同，皮质骨外壳承担的负荷占松曲率的不同，皮质骨外壳承担的负荷占松质骨骨小梁承担的负荷的比率波38％～83％之间。Inoue等【23】建立了一个椎体后部结构比较精细的模型用来详的阐释下腰椎椎弓根峡部的应力分析。Goel等【24】建立的独特的椎体有限元模阐释了椎体是如何从圆柱状向凹陷状发展的。该模型包含了脊柱的韧带这些韧带具有相同的材料特性。通过三维CT直接建模是最精确的建模方式【251机处理转换成某种方程，随后这种方程可以直接被商品化的有限元软件所采用最终建立模型。图8所示的是Fagan等【27j根据CT数据建立的与实体解剖个远动节段的有限元模型。Stepney等[28】建立的参数固体模型，基本的结构形法对单一椎体进行了分析，这里只用了6个参数来定义椎体露于1974年，Belytschko等【31110直特性，并且这种模型的价值被实验所证到321。Lin等【331建立于1974年，Belytschko等【31110直特性，并且这种模型的价值被实验所证到321。Lin等【331建立了椎间盘的三简化的椎问盘模型，把纤维环看作是具有线性各向同性的材料特性，并对此盘的应力情况很有意义。随后纤维环进一步被模拟为层状纤维复合体【35】，研及屈曲。对椎间盘模型的发展贡献最大的莫过于由Shirazi等【36】于1984的模型了。他们建立的是L2．L3椎间节段的非线性三维有限元模型，如图12示，该模型皮质骨、松质骨、骨性终板，椎间盘全部囊括。纤维环被看作是原纤维和基质的复合物，并且胶原纤维深埋在基质当中。髓核被模拟为不可缩的非粘性的流体物质。用轴向单元模拟成交叉形式排列的纤维环，此单元非线性的，以此来反应纤维环纤维在较高应变下的柔韧的特性。之后该模型一步完善，在原有基础上增添了椎间小关节，并对运动节段在单纯矢状面的动进行了分析【37】，不久又增加了负荷条件的复杂性【3扪。Shirazi．Adl等不节面做了详细的研究【391，而且分别对纤维环模型H01、髓核的作用【4l】、骨的分析。不久之后Agroubi等M对此模型进行了修改。Rao和Dumas等【451与Shirazi．Adl相似的模型通过改变组成椎间盘材料的特性的变化分析力学行为的影响，但是他们把椎间盘简化为环形对称的几何形状。椎间盘的一个粘弹性有限元模型是于1985年由Simon等【46】建立的，它同时具有固相变化。此模型为Laible掣47J进一步发展，他们变化。此模型为Laible掣47J进一步发展，他们另外又把椎问盘看作具有因渗压而可以膨胀的属性，这样即使在平衡状态下液相成分始终具有一定的抗能力，同时固相成分的抗力及应力相应有所减弱。一些在不同负荷下椎间压的测量实验与此种粘弹性有限元模型具有良好的一致性【48、491。显然，这种弹性有限元模型将有助于对椎间盘功能异常、椎间盘退变以及疲劳损伤的研究o】一个腰椎间盘的时间依赖随着非线性粘弹性运动节段模型的发展，Wang等线。部分模型如图14，该模型包括典型的腰椎运动节段结构，如椎体、终椎间盘。他们随后用此模型分析了L2．L3运动节段在反复轴向压力负荷下态反应，以及不同屈曲程度下的应力分析。很多人成功地模拟了间盘的终模型把扭转作为腰椎关节损伤的危险因素进行力学分析。他们发现侧方的环最易受损，而后侧和后外侧纤维环损伤与扭转联系不大。Lu等【54．55J探讨了椎屈曲和扭转的力学机制以及一日之中间盘中液体的变化情况，他们认为盘突出更易发生在联合负荷之下，并且往往发生在位于问盘与终板连接处方内层纤维环。他们还提出椎问盘损伤易于发生在清晨，相对无负重的脊过了一夜的休息，此时的间盘的含水量最大鞫，．————一rd赫—帅』，．————一rd赫—帅』蔷皇：蕊=：=j“I-●p●_铀脚Goel等【56J对L3一L4节段在单纯轴向压力负荷下Goel等【56J对L3一L4节段在单纯轴向压力负荷下的椎间剪切应力及椎板分离行了研究。他们的结论是椎间盘后外侧区域的纤维环最容易被撕裂。Natarajan【7J对椎间盘的高度与横截面的面积之间的关系进行了研究，结果显示，高度／面的比值越高，椎间盘损伤的风险就越大。还有一些学者应用此模型对组件的形态和材料特性进行了相关的报道。例如，椎问盘的高度的定义对椎问盘的和应变有显著意义，但不会影响椎间盘内压。许多单一节段模型包含周围的韧带用缆绳元素定义韧带，因为它们都仅仅抵抗张力负荷，例如Lu等154J建立的详细后柱韧带结构的三维有限元模型，如图15所示，它具体包括前纵韧带、韧带、横突间韧带、棘问韧带、棘上韧带、关节囊韧带、黄韧带。Goel等16lJ首将肌力考虑在内，研究结果表明，正如预料的那样，肌肉影响运动节段的横向移和旋转，并且在增加小关节负重的同时，降低了椎间盘内压。Kong等【62J建立的含两个远动节段的上述模型，如图16鬟图1Shirazi．Adl等‘371建立的模型是所有腰椎三维有限元模型中的代表。Breau[25]报道了应用CT数据建立模型的详细方法。人们利用这些模型对腰椎的生学进行彻底的分析，以及在各种负荷条件下腰椎的运动和稳定性【63-681．Lavaste建立一种参数化的腰椎三维有限元模型。他们用6个参数定义椎体的几何形凹度以及椎体总的高度和深度，这些参数的设定在以后的实验中得到检验【301。括肌肉这一元素。他们用此模型研究脊凹度以及椎体总的高度和深度，这些参数的设定在以后的实验中得到检验【301。括肌肉这一元素。他们用此模型研究脊柱的运动功能以及在肌力J下常和减弱情三位有限元模型是由Kleinberger等【69】于1993建立的，如图17．该模型相对粗糙把所有组成成分包括间盘的材料特性均假定为线性的、各向同性的以及同质性的等【74J对单独的颈椎关节突关节囊做了分析，他们应用四种不同的非线性方式建模前两种模型分别由“滑．线"单元和“接触”单元，代表关节软骨间的滑膜液。力的液体单元来模拟。他们对小关节的压缩、屈曲、后伸、侧弯运动进行分析实验证明流体有限元最能够代表小关节的解剖和功能。Goel等【．75】对C5．C6在各8有限元模型不仅仅与助于我们对8有限元模型不仅仅与助于我们对脊柱及其成分的生物力学研究，它还可拟脊柱的不同的病理形态及其相应的治疗情况，有助于医疗器械的力学性能和优化设计。目前这种模型的绝大多数并不是针对某位病人的，但是，针对种疾病的专门的模型将有助于研究不同治疗措施的治疗效果，并且它也可以对压力负荷下的椎间盘退变进行了研究，并做了活体内老鼠模型实验，他们论是，有限元模型的应力分布证实，椎间盘的退变程度随着负荷的增加而加但是，如果去除负荷，某些模型中的一些结构和功能能够得以恢复。实验结退变，又能够促进修复)的研究指明了方向。Furlong等f78】对恒河猴间盘在压力疝出的情况进行了研究。他们调整了正常和疝出有限元模型的材料特性，直动物实验一致，然后又对模型内部的应力分布进行了分析。Kong等【_79】建立了肌异常对腰椎生物力学影响的有限元模型，研究结果表明，肌力异常可以减低的稳定性，削弱小关节的作用，增加了间盘和韧带的应力负荷。Sharma等【80】对带和小关节在腰椎稳定性中的作用进行了研究，结果表明这些结构与腰椎旋稳，滑脱，椎管狭窄关系密切。还有一些研究表明，接近失状位方向的关节既能够恢复椎管大小，又不会影响椎间节段的稳定性。相比之下，Natarajan等【8l致成角运动及椎问盘应力的增加，尤既能够恢复椎管大小，又不会影响椎间节段的稳定性。相比之下，Natarajan等【8l致成角运动及椎问盘应力的增加，尤其于伸展时。Hirabayashi等阱J建立了双开入物支撑，以此达到神经组织减压的目的，模型参见图19。Yamamoto掣85治疗。最初建立的是简化的脊柱模型，例如，Vanderby等【861建立的T5．L3有限元模型，，每个节段的材料特性均来源于实验测量。Viviani等【87J通过简单方式建立的模型，用来计算最佳的校正力。Patwardhan等【88侧弯进行了比较。Stokes等嗍与Gardner-Morse【90】建立了简化的脊柱胸腰段的三随后，Stoke和Gardner-Morsel9l以及Gardner-Morse和Stoket92J应用同一模型分别对Harrington和两种器械进行了力学评价。Azegami等【93柱的发育(尤其是T4．TIO)以及发育过程中导致的畸形，他们用简化的三维形代替每一个椎体，分析得出，在原发性胸椎侧突中，第二种屈曲形式最有可能一种机械现象。一个具有代表性的简化但机能齐全的脊柱和胸廓模型是由等‘蚓和LeBorgne[951等【96】对一种新的治疗脊柱侧弯的“中心柱”系统进行力学功能评价，并在他们设计的模型中椎体模拟的比较简单。Skalli等【97】应力学功能检测。他们的模型如图20所示。Rohlmann等【981建立的相当力学功能检测。他们的模型如图20所示。Rohlmann等【981建立的相当简化的腰析。他们的结论是器械的刚度对于它所跨过的间盘应力影响较大，而对相邻功能进行了分析。Goel等【100,101]应用自建的两个节段有限元模型对钉(VSP系统)和其它融合器械做了力学功能分析。Villarraga等‘1021对C3一C6后钢板固定的紧密条件做了相应分析。Liu等【1031利用有限元模型评价了颈椎前路骨术治疗骨质疏松患者椎体骨折的生物力学特性。Polikeit等【1041对腰椎人工间置换术后的应力分布做了详尽的研究，如图22。研究结果表明，人工间盘下骨密度在该运动节段的负重和运动功能中起最主要的作用。Kumaresan等[105】对前路器械融合以及手术方式做了力学分析。他们分析了五种内固定材料及两术方式。他们对各种负荷条件下脊柱的刚度、椎间盘和椎体的应力进行了分Pitzen等【1061对腰后路椎间融合术进行了分析，他所研究的是L3一L4节段部分伴后路器械固定。最后，Totoribe等【1071建立一种L4．L5远动节段模型，在此模型模拟了去核化的椎间盘、后外侧融合以及椎问融合。后外侧植骨融合如图23人类脊柱的生物力学研究包括两种方式：实验法和模型法。实验法主要于对动物脊柱、尸体脊柱或人造脊柱模型的研究，而模型法则以数学和计算基础禧穗巷尹图1司羽坠震当然，每种研究方司羽坠震当然，每种研究方法都有它的优缺点。实验法能够提供最直接的脊柱生学信息，但费用昂贵，操作不便，并且标本的差异性和组织的可重复性都会验结果产生影响。相反地，模型法依靠有限元模型可以任意建立各种形式的本"，根据需要，可以给与该标本各种形式的负荷条件，而不会导致该“标本”荷过重或者损坏，并且该“标本”能够反应任何生理条件。模型法能够提供法不能提供的有价值的信息，如椎间盘和椎体内部的应力分布等。尽管如此立精确的模型并确保能够有效的代表所要研究的问题是非常困难的，比如对的脊柱结构的模拟就相当不易。近年来人们一直致力于标准脊柱模型的建立究，事实上，在当今认识水平及计算机技术的基础上，人们已经成功建立一有代表性的功能性脊柱模型。在建立任何有限元模型之前都需要明确你想要模型上获得什么，怎样定义重要参数和材料特性，并以此建模。脊柱有限元的建立非常复杂。首先，椎体的几何形状，椎间小关节关节面的连接情况以它部分的结构形态都需要精确的模拟。另外，椎间盘不但结构复杂而且是非接受，它们还需要与实验测量相偏移比较。尽管模型法和实验法的一致性表明模型的总的性质是合理的，但这不能确保模型中的应力集中和精确度。事实上进行分析，可以得到这样一种结果，即髓核切除后纤维环的应力为正常时的两倍结果一致，也不能保证该模型与所有在复杂负荷下的体外实验结果相一致。再者及尸体实验的依赖是对临床研究的有益补充我们深信在不久的将来利用有应用使我们应用使我们能够直接通过CT或MRI并引用相应的软件数据获得精确的解剖形态用和发展前景会更加广阔the1Brekelmans，W：A．M．，Poort，H．W：andSlooW,T．J．Anewmethodtobehaviourofskeletalparts．ActaOrthopaedicaScandinavica,1972，43，301-2Latham，EA 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