摘要: 目的：建立正常人颈枕部更加精确的三维非线性有限元模型，验证颈枕部三维非线性有限元模型的有效性 方法：选择一28岁正常青年男性，利用MarConi MX8000多层螺旋CT机对其颅底—C3段进行连续扫描，获取颅底—C3段以0．48mm为层厚的序列二维Dicom格式... 展开 目的：建立正常人颈枕部更加精确的三维非线性有限元模型，验证颈枕部三维非线性有限元模型的有效性 方法：选择一28岁正常青年男性，利用MarConi MX8000多层螺旋CT机对其颅底—C3段进行连续扫描，获取颅底—C3段以0．48mm为层厚的序列二维Dicom格式图像，水平面图像190张、矢状位图像219张、冠状位图像199张。Simple ware软件的Scan IP模块直接读入Dicom格式原始图像，并可分别对皮质骨、松质骨、髓核及纤维环进行图像分割，数据光顺，三维重建等操作，最后生成颅底—C3节段（包括椎间盘）脊柱三维实体模型；再将此模型导入ScanFE模块，该模块能对此三维模型进行体网格划分，最终生成能够导入ANSYS11．0的格式文件；ANSYS11．0可直接导入以上三维模型，在ANSYS11．0软件中，根据每条韧带的解剖学资料建立颅底—C3段内的18组韧带单元，采用6点阶段线性法模拟韧带的力一位移曲线，定义韧带单元的材料属性，在颅底—C3节段的关节之间添加不同厚度的软骨单元和接触对，模拟关节接触的力学行为。分别赋予皮质骨、松质骨、髓核、软骨及纤维环的弹性模量和泊松比，完成颅底—C3段三维非线性有限元模型的建立。颅底—C3段三维非线性有限元模型构建完毕后，对模型施加与尸体标本力学实验相同的垂直向下40 N的预载荷及1．5 Nm力矩使其产生前屈、后伸、侧屈及旋转运动，将模型运动范围与Panjabi等的体外实验结果进行对比验证，并判断模型应力分布与临床是否相符合，进一步验证模型的有效性。 结果：构建的颅底—C3段三维非线性有限元模型包含部分枕骨、完整寰椎、枢椎、横韧带、软骨、韧带和椎间盘等重要结构。构建的三维非线性有限元模型的仿真性好，包括663551个单元，178247个节点。在40 N的预载荷及1．5Nm力矩下，各关节的运动范围分别为寰枕关节（前屈13．3°、后伸11．9°、侧屈4．3°、旋转8．7°）；寰枢关节（前屈15．5°、后伸12．6°、侧屈6．4°、旋转30．8°）。在前屈、后伸、侧弯和旋转运动中的关节活动范围与尸体实验结果接近。从整个模型的纵向应力分布来看，无论处于何种相对位置状态，枢椎齿状突后方均处于比较高的应力环境下，在后伸位时齿状突应力增高区域增大。上颈椎的应力集中范围主要在椎管周围，而寰椎侧块两端和枢椎横突所受的应力相对较小，对比不同相对工况下C2—C3小关节和钩椎关节的应力分布，可以发现无论在前屈、后伸、侧屈、旋转时小关节应力均大于钩椎关节，颈枕部三维非线性有限元模型的应力分布特点符合临床实际情况。 结论：应用simple ware、Ansys11．0软件及多层螺旋CT机扫描得到的序列二维图像，建立的颈枕部三维非线性有限元模型符合人体真实的运动规律，可以进一步用于颈枕交界部的生物力学实验。 收起