上颈椎C0-C3节段不同载荷作用下生物力学特性的有限元分析
毕厚海1
赵改平1
邢峰2
王宏杰3
董自强1
杨加静1
许海飞1
1.上海理工大学医疗器械与食品学院,上海,2000932.内蒙古包头市达茂联合旗医院麻醉科,包头,0145003.上海市第一人民医院骨科,上海,200080
摘要：研究上颈椎C0-C3活动节段在不同载荷作用下前屈、后伸、侧屈和旋转时椎体应力、关节活动度(range of motion,ROM)及椎间盘的应力分布情况,探讨载荷改变对上颈椎生物力学特性的影响.基于CT图像数据建立人体上颈椎有限元模型,模型包括皮质骨、松质骨、纤维环、髓核、关节软骨、终板及韧带等结构,根据解剖特征赋予不同部位的材料属性,计算分析上颈椎C0-C3各节段在不同力矩作用下屈伸旋转时颈椎ROM、椎体应力和椎间盘最大应力变化趋势,与前人离体试验和有限元结果进行对比验证.人体上颈椎C0-C3节段在40 N和1.5 N·m载荷作用下,前屈时ROM最小,C0-C1、C1-C2、C2-C3各节段ROM分别为1.88°、2.16°和1.59°;后伸时ROM大于前屈,最大相差幅度为2.32°;侧屈时ROM大于前屈,增幅分别为2.57°、2.41°和0.49°;轴向旋转时ROM最大,相对于侧屈ROM分别增加了247.64％、282.71％和-43.27％.当施加40 N预载荷和1.0、1.5、2.0、2.5 N·m力矩时,随着力矩等值增大,上颈椎C0-C3节段整体ROM呈非线性增加,变化特征为前屈时最小,旋转时最大;椎间盘最大应力值呈非线性增加(前屈和侧屈)和减少(后伸和旋转),ROM和应力分布趋势和前人研究结果一致.上颈椎三维有限元模型在不同载荷下数值分析的结果符合正常人体颈椎生理活动范围和生物力学特性,为临床颈椎病理和生理的生物力学研究提供理论依据.
关键词：上颈椎关节活动度不同载荷生物力学特性有限元分析
分类号：R318.01(医用一般科学)
资助基金：国家自然科学基金(11502146)上海市自然科学基金(15ZR1429600)
论文发表日期：2019-01-01
在线出版日期：2026-09-11（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：6( 429-434 )
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