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脊柱腰段的結構復雜、功能重要，既承受重力又靈活運動，臨床的病變及損傷非常多見。骨質疏松是一種常見的老年性退行性病變，椎骨骨質疏松對脊柱的生物力學有重要影響。許多腰椎疾病的發生與其生物力學特性密切相關，過去使用動物實驗和體外生物力學實驗方法對腰椎進行應力應變的分析很難達到預期的目的，現在可以用三維有限元分析法對脊柱進行精細的生物力學分析。隨著有限元分析法在骨科生物力學研究中的應用，使得腰椎等部位數字模型的建立和有限元分析已成為可能。實驗通過Mimics、Geomagic和Ansys軟件，建立了正常脊柱腰段及骨質疏松三維有限元數字模型，為脊柱腰段各結構有限元力學分析搭建了一個數字化平臺單一樣本重復實驗。
對象：選取1名健康男性志愿者，25歲，身高175 cm，體質量70 kg，既往身體健康，無神經系統疾病家族史，預先行腰椎CT掃描排除腰椎器質性疾病。實驗前告知志愿者相關內容，并征求其同意。
主要設備及應用軟件：螺旋CT(西門子Somatom64型全身CT機)由醫院提供，酷睿雙核臺式電腦(CPU：酷睿雙核；內存：4 G；硬盤：500 G；顯示器：21寸寬屏液晶；顯卡：9600GT)由解剖教研室提供，Mimics11.0醫用圖像與三維重建軟件(Materialise公司)，Geomagic9.0逆向工程軟件(Geomagic公司，美國)，Ansys10.0軟件(ANSYS公司，美國)。
方法：CT圖像掃描：志愿者取仰臥位，將腰部固定做CT螺旋掃描。掃描范圍包括第12胸椎至骶骨在內的所有骨及關節。螺旋掃描參數為：120 kV，36 mA，螺旋層厚0.699 mm，床進速度0.707 mm/s。最終得到239幅二維掃描斷層圖像，分辨率為512×512象素。CT掃描數據以DICOM格式存儲到可讀寫光盤。MIMICS10.0建模：將CT掃描的DICOM文件導入軟件MIMICS10.0，見圖，利用軟件自帶的閾值調整工具(Thresholding)提取輪廓，見圖。將閾值界定在482-2 476 Hu，形成蒙皮(Mask)，將骨與其他組織明顯地區分開來。利用MIMICS10.0自帶的3D生成(Calculate3D)功能，生成腰椎整體3D模型。利用選擇性編輯(edit masks)去除毛刺、填補骨骼層內的假孔，使分割得到的骨骼模型表面光滑；去除冗余數據。最后，將MIMICS10.0處理好的腰椎3D模型進行格式轉換，轉為能為Geomagic9.0軟件所識別的STL三維圖形格式輸出并保存。
利用軟件自帶的閾值調整工具(Thresholding)提取椎間盤輪廓，在此基礎上利用選擇性編輯(edit masks)根據人體腰椎椎間盤結構人工手繪椎間盤模型，將手繪好的椎間盤模型選擇性編輯處理后經過Calculate 3D生成各腰椎椎間盤3D模型。將生成的3D腰椎間盤模型導入光滑處理軟件(remesh)中進行光滑處理，得到光滑后的腰椎椎間盤模型。用同樣方法生成前縱韌帶、后縱韌帶、棘上韌帶的3D模型。應用Geomagic9.0軟件，進行人體腰椎三維幾何模型的后處理。將MIMICS10.0生成的三維圖形文件導入逆向工程軟件Geomagic9.0進行剪輯處理。經過點階段、多邊形階段、成形階段的處理最終生成能被ANSYS等有限元軟件所識別的IGES文件。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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