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ヒト腰椎骨折とその治療法の有限要素解析による力学的評価

利用有限元分析对人体腰椎骨折进行力学评估及其治疗方法

基本信息

批准号：
04237214
负责人：
田中英一
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1992
资助国家：
日本
起止时间：
1992 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04237214/
关键词：
バイオメカニクス腰椎骨折有限要素法解析

项目摘要

第5腰椎の椎弓板にみられる骨折の原因を究明するため,第5腰椎の精密な3次元有限要素モデルを作成し,3次元弾性応力解析を実施した。まず,診断の際に得られた2mm間隔約20枚からなるX線CT画像から,今年度購入したパーソナルコンピュータとモニターを使用して、第5腰椎の精確な3次元形状を復元した,つぎに得られた3次元座標値の集合の中から適切な節点を選び,プリプロセッサーPATRANを使用して,三次元有限要素モデルの構築を試みた,まず腰椎を,比較的形状が単純な椎体部分と非常に複雑な影状を持つ後方要素部部に分け,大部分は20節点の2次のアイソパラメトリック要素(6面体要素)にて,それで近似するのが困難な部分は15節点の2次のアイソパラメトリック要素(3角柱要素)で分割するように,各断面上に設ける節点を慎重に選んだ。これらの節点を隣接する横断面上の節点と適切に結合し,合計450個の6面要素と23個の3角駅要素からなる節点総数2689個のモデルを構築した。要素の材料特性を定めるため,腰椎を緻密質の輪,海綿質,後方要素の3つの性質の異なる部分からなるものとし,前2者は横等方な線形弾性体で,後方要素は等方な線形弾性体で近似した,本研究では主に椎弓板に生じる応力に関心があるから,その主要な原因となる小関節面に作用する力だけを考慮し,椎体等に作用するその他の荷重ならびに拘此は,緻密質の輪の部分の変位を上下面とも拘束する単純な斉界条件で置き換えた,小関節面に作用する力としては,水平水向および垂直方向の荷重を選んだ,有限要素解析のソルバーに汎用有限要素プログラムABAQUSを採用し,ワークステーション上で計算を実行した。計算結果はPATRANで表示した。こにようにして得られた計算結果を詳細に検討した結果,水平方向荷重がこの骨折の支配的な因子であることが明らかとなった。

To investigate the causes of fractures in the vertebral arch of the fifth lumbar spine, a precise three-dimensional finite element model of the fifth lumbar spine was created, and three-dimensional dynamic force analysis was implemented. In the diagnosis, about 20 X-ray CT images were obtained at intervals of 2mm, and this year, the purchase of X-ray CT images was carried out. The accurate 3D shape of the 5th lumbar vertebra was reconstructed. The 3D coordinate value set was selected from the appropriate nodes, and the 3D finite elements were selected from the 3D finite elements. The shape of the comparison is divided into pure cone part and very complex shadow part, and most of them are divided into 20 nodes and 2nd order soft element (hexahedral element), and most of them are divided into 15 nodes and 2nd order soft element (3 prism element). The nodes set on each section are carefully selected. The nodes on the cross section are properly combined, totaling 450 six-sided elements and 23 three-corner elements. The total number of nodes is 2689. The material characteristics of the elements are determined, the lumbar spine is dense, the sponge is spongy, and the posterior elements are different in nature. The first two elements are horizontal and equiangular linear bodies, and the posterior elements are equiangular linear bodies. The main factors of the study are the forces generated by the vertebral arch plate. The main causes of the small joint surface are considered. The force acting on the facet joint surface is selected from the horizontal and vertical loads, and the finite element analysis is carried out by using ABAQUS. The result of the calculation is PATRAN. The results of calculation are discussed in detail, and the horizontal load is the dominant factor for fracture.