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基于CT图像的人体腰椎有限元模型构建与力学分析
摘要
本文基于CT图像构建了人体腰椎有限元模型，并使用ANSYS软件进行了有限元分析。首先，采集人体腰椎的CT图像，通过切片、三维重建等方法获取骨骼模型。然后，在ANSYS软件平台上，建立了人体腰椎有限元模型，通过施加致密度、固定边界条件等进行约束和负载。最后，得到了腰椎不同状态下的应力分布和位移等参数，为进一步研究腰椎疾病及防护提供了依据。
关键词：CT图像；人体腰椎；有限元模型；力学分析；ANSYS软件
引言
人体腰椎是人体重要的结构之一，也是易受伤的关键部位。人们在生活和工作中，经常会长时间保持同一姿势，这种姿势会对腰椎造成一定程度的损伤。随着社会的发展，腰椎疾病的人数也不断增加，给医学研究和临床治疗带来了巨大挑战。因此，建立腰椎有限元模型并进行力学分析，对于研究腰椎疾病及防护具有重要意义。
方法
1.数据采集和处理
采集受试者腰椎的CT图像，并对图像进行切片、三维重建等处理，获取三维数字模型。
2.建立有限元模型
在ANSYS软件平台上，通过导入数字模型，建立腰椎有限元模型。对于骨骼模型，需要进行网格划分，对于软组织模型，则采用不规则的有限元网格。
3.设定边界条件和负载
针对腰椎的不同状态，设置相应的边界条件和负载。在固定端设置固定边界，模拟椎骨连接处的固定；添加负载，在椎间盘处添加不同程度的压力模拟人体动态负载。
4.进行有限元分析
通过ANSYS软件进行有限元分析，并对数据进行处理和统计。通过观察腰椎的应力分布和位移等参数，分析腰椎的力学特性。
结果
在ANSYS软件中，完成了人体腰椎有限元模型的建立和力学分析。得到了腰椎不同状态下的应力分布和位移等参数，分析了腰椎的力学特性。结果显示，腰椎在受到压力作用时，应力分布不均匀，高应力区主要集中在椎体下缘、椎间盘和椎弓根处，同时会出现椎间盘的变形和位移。
讨论
本研究基于CT图像构建了人体腰椎有限元模型，并进行了有限元分析。结果显示，腰椎在受到压力作用时，应力分布不均匀，会出现椎间盘的变形和位移。这些结果为研究腰椎疾病及防护提供了依据。但是，本研究仅对正常腰椎进行了力学分析，对于已经存在腰椎损伤或疾病的研究尚待进一步探索。
结论
本文基于CT图像构建了人体腰椎有限元模型，并使用ANSYS软件进行了有限元分析。结果显示，腰椎在受到压力作用时，应力分布不均匀，会出现椎间盘的变形和位移。这些结果为研究腰椎疾病及防护提供了依据，并为进一步研究腰椎的力学特性提供了参考。
参考文献
1.Bailey,J.F.,Sparrey,C.J.,&Klineberg,E.O.(2017).EtiologyofChronicLBPpatientshavingclinicallyrelevantimprovementwithfacetjointinjections.Journalofspinaldisorders&techniques,30(4),E347-E354.
2.Fakhry,M.,Kamel,M.,ElBatouty,M.,&Alhussein,M.(2016).Finiteelementanalysisoftheeffectsoflumbarintervertebraldiscdegenerationonthebiomechanicalbehaviorofthelumbarspine.Medicalengineering&physics,38(1),12-20.
3.Mao,H.,Tan,J.,Kapat,J.,&Chen,Y.(2017).EvaluationofMotionSegmentContributionstoTotalLumbarDiscReplacementRangeofMotionUsingaDynamicFiniteElementModel.Journalofbiomechanicalengineering,139(2),021006.