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目的:寻求脊柱腰骶段三维有限元模型准确构建的方法,并探讨不同体位下腰骶段应力的变化,研究与之相关疾病的生物力学机制。方法:选取一健康成年男性,行影像放射学检查和临床检查排除相关疾病后对腰骶段行螺旋CT断层扫描。提取数据导入医学图像软件Mimics生成腰骶段三维实体模型,光滑处理和网格划分后导入Patran前处理软件生成L5和骶骨的四面体单元,然后生成椎间盘、终板模型、关节突关节模型和周围韧带的模型。最后对模型单元材料属性进行设定并导入有限元模型构建软件中。使用ABAQUS有限元分析软件,设定L5以上负载为500N,模拟人体中立位时的工况;对L5施加15N-m的力矩,分别模拟人体前屈、后伸、左弯,右旋的情况。计算模型的平均刚度验证模型,分析模型的应力分布与应力传到情况。结果:(1)所构建的腰骶段三维有限元模型共包括51,072个实体单元,396个线单元,总计共12,934个结点。模型包含了接触非线性,几何非线性两种结构的非线性类型。(2)本模型在前屈、后伸、侧屈和扭转作用下的平均刚度分别为2.10 N·m/°、3.12 N·m/°、3.07 N·m/°和7.80 N·m/°,结果处于其他尸体实验研究的平均刚度范围中间。(3)通过比较各种体位下模型的应力分布发现:①屈伸体位下,应力集中在L5椎体后部,且后伸时应力值最大;②无论前屈或后伸,L5峡部和关节突关节都承受较大的应力。侧屈时应力集中在同侧峡部,扭转时则集中在对侧。③中立位和前屈时,骶骨两侧的髂翼传导了大部分的应力。④各体位下椎间盘纤维环外层纤维受力大,无论后伸、侧屈、还是扭转,应力多集中在纤维环的后外侧。在应力下椎间盘发生的位移多突向后外,以侧屈时发生位移最大。结论:所构建的腰骶段三维有限元模型仿真度高,反映了腰骶段脊柱真实的解剖形态及生物力学行为。分析比较不同体位下应力在腰骶段脊柱的应力分布以及传导规律,有助于我们了解脊柱腰骶段疾病发病的生物力学基础。本模型可用于进一步的生物力学实验。