腰椎峡部裂生物力学三维有限元分析王星，张振宇，付兆君摘要：目的建立腰椎三维有限元模型，模拟分析不同运动状态下腰椎峡部的应力分布，探讨腰椎峡部裂滑脱产生的病理基础及力学机制。方法选取成年男性志愿者1名，采用64排螺旋CT行腰部斷层扫描，所得图像通过MIMICS软件处理优化，导入有限元分析软件，建立腰椎三维有限元模型（L1～L5），分析不同姿势下腰段脊柱椎弓峡部的受力及变形情况。结果腰椎峡部在前屈、后伸位均出现明显的应力集中，后伸位更为明显，应力值由L1～L5向下逐渐加大。结论腰椎峡部在后伸运动间，峡部应力异常集中，这种运动状态是产生后天性腰椎峡部裂及进一步滑脱病变的重要病理基础，双侧L5峡部裂在后伸位受到应力最大，活动度异常加大，最易产生滑脱病变。关键词：腰椎峡部裂;屈伸运动;三维有限元：R687.3：ADOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.22.058：1006-1959（2019）22-0166-02Three-dimensionalFiniteElementAnalysisofLumbarSpondylolysisBiomechanicsWANGXing，ZHANGZhen-yu，FUZhao-jun（AirForceCharacteristicMedicalCenter，Beijing100142，China）Abstract：ObjectiveToestablishathree-dimensionalfiniteelementmodeloflumbarspine，simulatethestressdistributionoflumbaristhmusunderdifferentmotionstates，andexplorethepathologicalbasisandmechanicalmechanismoflumbarspondylolisthesis.MethodsOneadultmalevolunteerwasselectedand64-slicespiralCTwasusedforlumbartomography.TheimageswereoptimizedbyMIMICSsoftware.Thefiniteelementanalysissoftwarewasintroducedtoestablishathree-dimensionalfiniteelementmodeloflumbarspine（L1～L5）.Theforceanddeformationofthespinalcanalisthmus.ResultsInthelumbaristhmus，therewasobviousstressconcentrationintheflexionandextension，andtheposteriorextensionwasmoreobvious.ThestressvaluegraduallyincreasedfromL1～L5.ConclusionDuringtheposteriorextensionofthelumbaristhmus，theisthmusstressisabnormallyconcentrated.Thisstateofmotionisanimportantpathologicalbasisforthegenerationofacquiredlumbarspondylolysisandfurtherspondylolisthesis.ThebilateralL5isthmusisthemoststressedandactiveintheposteriorextension.Increase，themostlikelytoproduceslippagelesions.Keywords：Lumbarspondylolysis;Flexionandextensionmovement;Three-dimensionalfiniteelement滑脱前期腰椎峡部裂（slippingprophaselumbarspondylolysis，SPLS）是指腰椎一侧或两侧椎弓上下关节突之间的峡部骨质缺损不连续，但椎体无移位滑脱现象[1]。调查显示，该病多发于L4、L5节段，且多见于青年人群，是青少年腰痛的常见原因[2]。临床多数滑脱前期腰椎峡部裂未及时得到足够的重视，造成不可逆损害。三维有限元将复杂的整体划分为有限个单元所组成的集合体，并用数学形式表达，对复杂的结构有较好的适应性。本研究通过对腰椎模型的峡部进行分析，建立腰椎三维有限元模型以期对腰椎峡部裂研究分析更加严谨与完整，以期为临床工作中峡部裂患者的功能锻炼及早期防治提供参考，现报告如下。1资料与方法1.1一般资料根据目前通用的国际标准体重及身高，选取健康青年男性志愿者1名，年龄23岁，身高170cm，体重60kg。本研究经过医院伦理委员会批准，研究对象知情同意，并签署知情同意书。1.2方法1.2.1CT断层扫描及腰椎几何模型的建立采用西门子64排螺旋CT机，对受试者进行腰椎CT检查，存储断层扫描图像数据。受试者腰椎位于扫描视野中心，保持纵轴方向不动，CT断层扫描范围：L1上方5mm处至L5下方5mm处，扫描层距0.5mm，作轴位、冠状位、矢状位扫描后，图像数据储存采用DICOM格式，导入三维重建软件采用MaterialiseMimics15进行影像三维重建，优化并划分三角网格后建立腰椎三维模型（L1～L5）。1.2.2建立腰椎三维实体模型通过CAD相关建模软件对Mimics软件建立的的三维几何模型边界数据行光滑面处理并生成三维实体模型（L1～L5椎体及相应椎间盘的实体模型）。1.2.3三维有限元分析模型的建立建模实体导...