三维有限元分析腰骶椎结构的动态特性

背景:有文献对人体正常脊柱腰骶椎进行了固有模态分析及谐响应分析,但尚未有研究涉及对比椎弓根螺钉内固定前后腰骶椎的固有模态分析及谐响应分析。目的:采用三维有限元方法探讨人体腰骶椎的动力学特性。方法:基于CT扫描图像建立并验证经椎弓根螺钉系统内固定前后腰骶椎L1-S1节段有限元模型,然后对固定前后腰骶椎模型分别进行有限元模态分析和谐响应分析。结果与结论:(1)在腰骶椎模型的腰椎L1,L3,L5节段棘突处选取代表性节点,节点编号分别为A,B,C;(2)内固定后腰骶椎模型的各个节点在Y,Z方向上位移最大峰值比正常腰骶椎模型位移最大峰值均明显减小,表明螺钉内固定系统对腰骶椎部分起到了保护作用,使得固定后的腰骶椎在受到外界激励时振幅减小,对外界激励的敏感性减弱;(3)腰骶椎的模态分析是进一步进行动力学分析的基础,确定了腰骶椎的固有频率、振型和振幅等振动参数。通过谐响应分析研究简谐载荷对人体脊柱腰骶椎L1-S1节段的影响,对于腰骶椎的振动特性分析方面具有重要意义。