参数化腰骶有限元模型设计与验证

摘要

人体腰骶椎是承受载荷较大的部位，也是进行生物力学仿真研究的主要部位。为了提升腰骶椎部分建模的效率与灵活性，提出参数化腰骶有限元模型的建立方法。在CT图像中测取椎体的特征尺寸，并在工程建模软件中构建具有14个控制参数的L3-S1腰骶模型；同时通过三维重建法建立基于同一CT样本的腰骶重建模型。对两种模型施加相同的载荷并进行有限元分析，将仿真结果与文献报道的体外实验数据进行对比，验证了模型的有效性。基于有限元分析结果，比较了参数化模型和重建模型的椎间活动度、髓核最大应力等力学指标，结果表明，两种模型的力学指标均与文献中的实验或仿真数据接近，变化趋势与文献数据相似，即两种模型都是有效的；两种模型的椎间活动度、最大髓核内应力以及活动度随载荷大小的变化趋势等方面基本一致。以上结果说明所设计的参数化腰骶有限元模型能有效提升腰骶有限元建模与分析效率，在有限元分析中可替代重建模型。

关键词

参数化建模 / 腰骶椎 / 生物力学 / 有限元