有限元分析法在颈椎病研究中的应用进展

有限元分析：椎间盘退变对颈椎生物力学的影响李斌;赵文志;陈秉智【摘要】BACKGROUND: The biomechanics of cervical spine is complicated. It is an important way to select the appropriate biomechanical model and research method so as to explore the diagnosis and evaluation mechanism of cervical spine injury and prognosis judgement.OBJECTIVE: To discuss the alternation of cervical biomechanics after the degeneration of cervical disc and the influence of degeneration on cervical stability.METHODS: (1) A three-dimensional finite element model of cervical spine was established from the CT scan images of cervical spine of a healthy male volunteer, Solid-Works2015, HyperMesh and ANSYS11.0. We created a cervical three-dimensional finite element model. To simulate the degenerative disc by modified the mechanical characters and height of the disc model, we observed the biomechanics of the impact on the cervical spine (the range and the stress on intervertabral disc).RESULTS AND CONCLUSION: (1) The entire model with a total of 97705 nodes and 372896 elements. Ligament and joint capsule were also constructed. Face to face contact element was used in the facet joint, with complete structure and high accuracy of measurement of spatial structure. (2) The range of motion of cervical spine increased during degeneration compared with normal cervical segments (P < 0.05). (3) Intervertebral disc degeneration caused angle increase at disc and motion segment. Osteophyte formed on vertebral edge. Intervertebral disc degeneration caused cervical instability. Simultaneously, instabilityincreased the disc degeneration.%背景:颈椎的生物力学表现较为复杂,选择合适的生物力学模型和研究方法是探求颈椎损伤的诊断评估机制和治疗预后判断的重要途径.目的:椎间盘退变后颈椎生物力学变化及对稳定性的影响.方法:①以一健康男性志愿者的颈椎为研究对象,利用CT扫描成像、CAD造型软件Solid-Works2015、HyperMesh软件、ANSYS11.0软件,建立全颈椎正常有限元模型,椎间盘高度降低合并严重退变有限元模型,分析其对颈椎的生物力学指标运动范围和椎间盘应力的影响.结果与结论:①整个模型共有97705个节点和372896个单元组成,远远超过了以前所建立的模型的单元数与节点数,并建立了韧带、关节囊等组织结构,而且在关节突关节等处采用了面-面接触单元,结构完整,空间结构的测量准确度高;②颈椎间盘退变时颈椎的运动范围及受力与正常颈椎节段相比均增加,并在统计学上有差异(P<0.05);③椎间盘退变引起椎间盘及运动节段的角度增加,椎体边缘可形成骨赘;椎间盘退变引起颈椎不稳,同时不稳又加重椎间盘退变.【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2017(021)011【总页数】5页(P1748-1752)【关键词】骨科植入物;脊柱植入物;颈椎;生物力学;有限元;椎间盘高度;退变;国家自然科学基金【作者】李斌;赵文志;陈秉智【作者单位】大连市友谊医院骨外科,辽宁省大连市 116001;大连医科大学附属二院骨外科,辽宁省大连市 116027;大连交通大学交通运输工程学院,辽宁省大连市116028【正文语种】中文【中图分类】R3180 引言 Introduction生物力学研究表明，脊柱的力学特性受椎间盘高度、横截面积以及椎间隙角度等形态学参数改变的影响。

有限元方法在颈椎挥鞭样损伤分析中的应用王涛;李正东;邵煜;陈忆九【摘要】有限元方法（finite element method，FEM）是一种有效的应力计算分析方法，已逐渐被应用于人体结构生物力学功能研究。

本文综述了颈椎有限元模型的构建、发展、材料属性赋值以及验证，并阐述了国内外研究者利用 FEM 在颈椎挥鞭样损伤成伤机制和生物力学响应分析等方面取得的研究成果。

%Finite element method (FEM) is an effective mathematical method for stress analysis, and has been gradually applied in the study of biomechanics of human body structures. This paper reviews the construction, development, materials assignment and verification of FEM model of cervical vertebra, and it also states the research results of injury mechanism of whiplash injury and biomechanical re-sponse analysis of the cervical vertebra using FEM by researchers at home and abroad.【期刊名称】《法医学杂志》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P48-51)【关键词】法医病理学;有限元分析;综述文献类型;颈椎;挥鞭样损伤【作者】王涛;李正东;邵煜;陈忆九【作者单位】司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室，上海200063; 苏州大学法医学系，江苏苏州 215123;司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室，上海 200063;司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室，上海 200063;司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室，上海 200063【正文语种】中文【中图分类】DF795.1有限元方法（finite element method，FEM）是一种有效的应力计算分析方法，属于计算力学范畴。

有限元分析颈椎棘突骨折内固定有效性沈彦;王朝阳;吴荣;陈博【摘要】通过对颈椎棘突骨折(累及椎板)内固定治疗有限元模型的建立和分析,明确此种治疗方式对颈椎棘突骨折的有效性.先建立正常全颈椎(C0-T1)的有限元模型并与文献报告进行对比验证,模型验证后,在正常模型基础上建立颈椎棘突骨折(累及椎板)模型,并模拟直型接骨板行内固定治疗,测量并比较颈椎棘突骨折模型及手术内固定模型和原始正常模型在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6种条件下活动度改变.以及颈椎各结构的应力变化.结果表明,在正常模型上结合临床病例建立的颈椎棘突骨折(累及椎板)外观逼真,生物力学相似度良好.骨折模型部分节段,主要为C7-T1的活动度(前屈+后伸9.20°,左右侧弯5.83°,左右旋转13.12°)较正常模型(前屈+后伸7.11°,左右侧弯4.92°,左右旋转9.59°)增大,尤其是旋转活动度,模拟植入内固定后稳定性增加(前屈+后伸4.07°,左右侧弯2.21°,左右旋转2.91°),且内固定钢板应力分析提示,承受最大应力值在安全范围.颈椎棘突骨折(累及椎板)及内固定模型可以较好地模拟临床实际病例,通过有限元分析预示,此型骨折存在潜在不稳的可能性,探讨微型棘突钢板在骨折手术治疗中的应用,具有一定的临床参考价值.%The aim of this work is to establish a three-dimensional finite element model of cervical spinous process fracture (extension into the lamina) after internal fixation and assure its availability to surgical treatment.Based on a finite element model of a normal cervical spine,a finite element model of cervical spinous process fracture (extension into the lamina) was developed according to the clinical case,with which an internal fixation therapy on fracture model was simulated.The range of motion (ROM) under flexion,extension,lateral-bending and axial rotation were measured andanalyzed in the normal and fracture model and fixation model.The force loading was applied on both vertebra and internal fixation to elucidate the safety of this surgical therapy.It was shown that the finite element model of cervical spinous process fracture (extension into the lamina) had a high similarity and profile to the clinical case.The range of motion (ROM) on C7-T1 segment under each movement in fracture model (flexion + extension 9.20°,lateral-bending 5.83°,axial rotation 13.12°) was larger than that in the normal model(flexion + extension 7.11 °,lateral-bending 4.92°,axial rotation 9.59°),especially in the rotation movement.The whole cervical vertebra was more stable under internal fixation (flexion + extension4.07°,lateral-bending 2.21°,axial rotation 2.91°) with the safety of internal fixation system.In conclusion,the finite element model could be used to simulate the biomechanics of cervical spinous process fracture (extension into the lamina) to indicate the potential for delayed instability.【期刊名称】《中国生物医学工程学报》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】8页(P456-463)【关键词】颈椎棘突骨折;内固定;有限元分析【作者】沈彦;王朝阳;吴荣;陈博【作者单位】中国人民解放军第98医院骨科,浙江湖州313000;中国人民解放军第98医院骨科,浙江湖州313000;中国人民解放军第98医院骨科,浙江湖州313000;上海交通大学医学院附属瑞金医院伤骨科研究所,上海200025【正文语种】中文【中图分类】R318颈椎棘突骨折是一类附件骨折,通常也称为Clay shoveler骨折,即“铲土者骨折”,此类骨折对颈椎稳定性的影响较小,所以常常被临床工作者所忽视。

基于解剖学下颈椎侧块固定的有限元分析及临床研究目的:分别按照尸体实体测量、三维测量和CT自带软件测量的三种测量方法对颈椎相关参数进行测量,评估三种测量方法差异性。

利用CT测量模块对不同颈椎节段和不同性别间解剖学参数进行比较,构建下颈椎相关的解剖学数据库。

利用有限元方法分析不同的下颈椎侧块钉棒内固定方式的生物力学稳定性差异,探讨不同手术入路对下颈椎损伤临床治疗效果的影响。

方法:(1)取5具福尔马林浸泡的下颈椎(包含C3~C7)解剖标本,利用高分辨率三维CT将标本进行扫描,扫描层厚0.625mm,文件以DICOM格式保存于移动存储设备中备用。

继之使用手术器械依次剥离标本的肌肉和软组织。

分别按照尸体实体测量、三维测量和CT自带软件测量的三种测量方法对下颈椎相关参数进行测量,评估三种测量方法有效性。

并用CT自带软件测量重点对不同下颈椎节段和不同性别间解剖学参数进行比较。

(2)建立下颈椎有限元模型,在生理载荷下各颈椎节段(C3-4、C4-5、C5-6、C6-7)的前后屈伸角度、左右偏转角度和轴向旋转角度。

并将之与传统经典文献结构进行对比,以验证模型有效性。

评估Magerl、Roy-Camille、Anderson和Ann四种侧块固定方法下骨骼-内固定复合体在各运动状态下(包括颈部前屈、后伸、左侧偏头、右侧偏头、左侧轴向旋转、右侧轴向旋转)的应力云图、最大米塞斯应力以及平均米塞斯应力。

(3)回顾性分析2013年1月至2015年12月间于我院诊断为外伤性下颈椎损伤且行收治入院行手术治疗的患者,对资料进行进一步审查,挑选检查资料和随访工作完整的患者共41例纳入研究范围。

评估三种手术入路(A组行前路手术,B组行后路手术,C组行前后联合手术)的手术时间、术中失血量、植骨融合时间、术前和术后Cobb角改善情况,JOA评分等,分析不同手术入路的临床疗效。

结果:(1)本研究共纳入5具福尔马林浸泡的下颈椎(包含C3~C7)解剖标本,共25个椎体标本。

一、实验背景颈椎病是临床常见病、多发病，严重影响患者的生活质量。

颈椎病的发生与颈椎的生物力学、解剖学以及神经生理学等因素密切相关。

为了探讨颈椎生物力学特性对颈椎病的影响，本实验通过颈椎反应实验，研究颈椎在不同负荷条件下的力学响应。

二、实验目的1. 了解颈椎在不同负荷条件下的力学响应；2. 探讨颈椎生物力学特性对颈椎病的影响；3. 为颈椎病的预防和治疗提供理论依据。

三、实验材料与方法1. 实验材料：颈椎模型、加载装置、传感器、计算机等。

2. 实验方法：（1）颈椎模型制备：采用生物力学仿真软件，建立颈椎三维有限元模型，模拟颈椎的生理结构。

（2）加载条件设置：将颈椎模型分为正常和病变两种状态，分别设置不同的载荷条件，如轴向压缩、弯曲、扭转等。

（3）力学响应测量：在颈椎模型上布置传感器，实时采集颈椎在不同载荷条件下的应力、应变等力学响应数据。

（4）数据处理与分析：将采集到的数据输入计算机，利用有限元分析软件进行后处理，分析颈椎在不同载荷条件下的力学响应。

四、实验结果与分析1. 正常颈椎在不同载荷条件下的力学响应：（1）轴向压缩：颈椎在轴向压缩载荷下，应力主要集中在颈椎前缘和后缘，最大应力值出现在椎体中部。

随着载荷的增加，应力逐渐向椎体两侧扩散。

（2）弯曲：颈椎在弯曲载荷下，应力主要集中在颈椎前缘和后缘，最大应力值出现在椎体中部。

随着弯曲角度的增加，应力逐渐向椎体两侧扩散。

（3）扭转：颈椎在扭转载荷下，应力主要集中在颈椎前缘和后缘，最大应力值出现在椎体中部。

随着扭转角度的增加，应力逐渐向椎体两侧扩散。

2. 病变颈椎在不同载荷条件下的力学响应：（1）轴向压缩：病变颈椎在轴向压缩载荷下，应力分布与正常颈椎相似，但最大应力值明显增大。

（2）弯曲：病变颈椎在弯曲载荷下，应力分布与正常颈椎相似，但最大应力值明显增大。

（3）扭转：病变颈椎在扭转载荷下，应力分布与正常颈椎相似，但最大应力值明显增大。

3. 颈椎生物力学特性对颈椎病的影响：（1）颈椎生物力学特性异常可能导致颈椎应力集中，引发颈椎病。

一个退变颈椎三维有限元模型的建立和应用的开题报告
一、研究背景和意义
颈椎是人体的一个重要组成部分，它支撑着头颅并保持头部和脊柱的稳定性。

然而，
随着年龄的增长，颈椎退变是逐渐发生的现象，它可能会导致颈部疼痛、僵硬和颈椎
病等疾病。

颈椎退变是一种复杂的变化过程，如何建立一个真实的颈椎三维有限元模
型来研究颈椎退变的机制，将对颈椎退变的诊断、治疗和疾病预防有重要的意义。

二、研究目的和方法
本研究的目的是建立一个退变颈椎的三维有限元模型，以模拟颈椎的受力和变形情况。

具体研究方法如下：
1、收集颈椎的医学图像数据，包括CT和MRI等。

2、对图像进行预处理，提取颈椎的形态信息。

3、建立颈椎的三维有限元模型，包括骨骼、椎间盘、椎管等。

4、设定模型的受力边界条件，模拟颈椎受压的情况。

5、进行模拟计算，分析颈椎的载荷分布及应变情况。

三、预期结果
通过建立一个真实的颈椎三维有限元模型，能够更准确地研究颈椎的受力和变形情况，预测颈椎退变的趋势。

同时，本研究还可以为颈椎病的临床治疗提供理论依据，从而
有效地预防和治疗颈椎病。

四、研究进度安排
1、收集颈椎医学图像数据：已完成。

2、图像的预处理工作：预计于X年X月完成。

3、建立颈椎的三维有限元模型：预计于X年X月完成。

4、设定模型的受力边界条件：预计于X年X月完成。

5、进行模拟计算及分析：预计于X年X月完成。

6、论文撰写：预计于X年X月完成。

有限元法在颈椎病牵引治疗研究中的应用高能;王维佳【摘要】背景:随着计算机模拟技术的发展,结合影像学技术的颈椎牵引三维有限元研究得到大家的重视,相关的模拟力学实验解决了体内实验的困难.目的:综述有限元法在颈椎病牵引治疗研究中的应用.方法:应用计算机检索中国知网数据库、PubMed数据库有限元方法在脊柱力学方面的研究进展及颈椎病牵引治疗的研究进展等相关文献.结果与结论:有限元分析方法能在一定程度上代替生物力学实验,并能对实验条件进行控制和模拟活体下的力学情况,对患者无任何伤害.虽然理论上有限元法适用于任何复杂结构,但在脊柱生物学研究中尚有许多问题难以解决.对于结构小而复杂的颈椎尚有一定的局限性.需要与其他的力学、试验研究互为补充.%BACKGROUND: With the development of computer simulation technology, the researches on three-dimensional finite element of cervical traction combined with imaging technique become a focus, since it enables external experiments.OBJECTIVE: To summarize the literatures of cervical traction by the finite element analysis method.METHODS: A computer-based online search of CNKI and PubMed databases was performed for articles related to the applications of finite element method in spinal mechanics and treatment of cervical spondylosis bytraction.RESULTS AND CONCLUSION: The finite element analysis method can probably replace the biological mechanical experiments to some degree, and the experimental conditions are controllable and the mechanics condition in vivo can be simulated without harm to the patients. Although the finite element analysis method is suitable to any complexconstruction theoretically, there remain difficulties and limitations in the spinal biology researches. Especially it exhibits some limitations in cervical vertebra due to small and complex structures. Therefore, related mechanical experiments and researches are required.【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2011(015)004【总页数】3页(P714-716)【关键词】有限元;颈椎病,牵引治疗;应用及进展;数字化医学【作者】高能;王维佳【作者单位】浙江中医药大学,浙江省杭州市,310053;浙江省中医院,浙江省杭州市,310006【正文语种】中文【中图分类】R3180 引言颈椎病在中国患病率为3.8%～17.6%，男女之比约为6∶1，而颈椎病又以神经根型为多见，占60%～70%，多见于30～50岁者[1]。

上颈椎(C0-C3)有限元模型建立及寰椎生物力学有限元分析的开题报告一、研究背景及意义人的颈椎是支撑头部、转动和弯曲的主要结构之一，同时也是经常受到外力作用的部位。

上颈椎(C0-C3)是颈部最上方的4个椎体，也是颈部最稳定的部分，因其周围有大量筋膜和肌肉的支撑，同时又与颅底和下颈椎紧密相连，关系至关重要。

然而，上颈椎区域由于解剖结构的复杂性和大小的不同，导致很难对其生物力学行为进行全面准确的认识。

针对上颈椎生物力学的研究，有限元模型是较为常用的研究方法之一，可以帮助解决解剖和生物力学的问题。

利用有限元方法可以对上颈椎进行数字化建模，并通过数值仿真，对其运动、应力和位移等物理量进行分析，可以提高对上颈椎生物力学行为的认识，为医学领域的颈椎病理研究提供更加准确的理论基础。

二、研究内容及方法本研究计划建立上颈椎(C0-C3)的有限元模型，并进行生物力学仿真分析。

具体步骤如下：1. 图像获取采用CT（计算机断层扫描）技术获取人类上颈椎(C0-C3)的三维图像数据，获得骨骼结构的几何形态和内部组织信息。

2. 模型建立采用三维建模软件(例如HyperMesh、SolidWorks)对图像数据进行重建，建立上颈椎有限元模型。

考虑到上颈椎区域与头颈部的相互作用，需要建立头颈部及其周围肌肉、神经、韧带等组织的有限元模型，以反映上颈椎区域的真实生理状态。

3. 材料参数设置根据上颈椎(C0-C3)的生物力学特性，确定组织的材料特性参数，包括弹性模量、泊松比、屈服强度等。

4. 负载设计针对上颈椎区域生物力学测试的需要，设计虚拟负载，如头颈部的螺旋和屈曲运动，以及所施加的各种力量（如自身质量、肌肉和骨骼间的张力、外界的力量）。

5. 仿真计算基于建立的有限元模型和负载设计，进行生物力学仿真计算，得到各个节点的位移、变形、应力和应变等生物力学指标，进而研究上颈椎的生物力学行为和特征。

三、预期成果及应用前景本研究通过建立上颈椎(C0-C3)的有限元模型，并进行生物力学仿真分析，可得到上颈椎区域的生物力学性能和特性，具体包括各个节点的位移、变形、应力和应变等指标，为颈椎的生物力学研究提供更加准确和全面的资料。

有限元法分析多节段颈椎病4种颈前路修复方式的生物力学特点李忠海;林斌;唐家广;任东风;李利;吴闻文;侯树勋【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2016(020)044【摘要】背景：多节段颈椎病因脊髓多严重受压，故多需手术去除压迫，但是对于选择何种前路修复方法最好，目前仍未达成共识。

目的：利用三维有限元模型对4种颈椎前路修复方式进行对比分析，分析其生物力学特点。

方法：基于健康成年男性C2-C7节段CT图像建立颈椎有限元模型。

模拟4种颈椎前路修复方式分别建模，包括颈椎前路椎间盘切除融合、颈椎前路椎体次全切除融合、颈椎前路混合减压融合、颈椎前路间盘切除减压单纯Cage置入融合，计算C2/3、C6/7椎间盘以及钛板-螺钉界面应力变化情况。

结果与结论：①4种颈椎前路修复方式在前屈、后伸、侧屈、旋转工况下相邻节段的椎间盘应力均为C2/3节段大于C6/7节段，而且均是颈椎前路间盘切除减压单纯Cage置入融合组椎间盘应力最小，颈椎前路椎体次全切除融合组椎间盘应力最大；②钛板-螺钉界面应力颈椎前路椎体次全切除融合组最大，颈椎前路椎间盘切除融合组最小；③结果说明，在修复多节段颈椎病的4种颈前路融合内固定方式中，颈椎前路间盘切除减压单纯Cage置入融合对于相邻节段的生物力学影响最小，理论上可以降低邻近节段退变的发病率，但该方法存在增加融合器沉降的风险。

%BACKGROUND:Surgical treatment is commonly used for decompressing the spinal cord in multilevel cervical spondylotic myelopathy, but the optimum anterior cervical reconstructive method has not been determined. OBJECTIVE:To compare and analyze thebiomechanical characteristics of four anterior cervical reconstructive techniques in the surgical management of multilevel cervical spondylotic myelopathy utilizing the three-dimensional finite element model. METHODS:A three-dimensional finite element model of an intact C2–7 segment was developed and validated based on healthy adult male CT images. Four additional models were developed from the fusion model, including anterior cervical discectomy and fusion, anterior cervical corpectomy and fusion, anterior cervical hybrid decompression and fusion and anterior cervical discectomy and fusion with Cage alone. Von Mises stresses on the plate and the disc of adjacent levels (C2/3, C6/7) were comparatively analyzed. RESULTS AND CONCLUSION:(1) The C2/3 disc stress in flexion, extension, lateral bending and rotation condition was significantly higher than the C6/7 disc in 4 anterior cervical reconstructive techniques, and the adjacent disc stress (C2/3, C6/7) was lowest in the anterior cervical discectomy and fusion with Cage alone, and highest in the anterior cervical corpectomy and fusion. (2) The stress at the plate-screw interface was highest in the anterior cervical corpectomy and fusion, and lowest in the anterior cervical discectomy and fusion. (3) In conclusion, among the four anterior cervical reconstructive techniques for multilevel cervical spondylotic myelopathy, the anterior cervical discectomy and fusion with Cage alone makes little effect on the adjacent disc stress, which might reduce the incidence of adjacent segment disease after fusion. However, the accompanying risk of the increased incidence of cage subsidence should never be neglected.【总页数】8页(P6612-6619)【作者】李忠海;林斌;唐家广;任东风;李利;吴闻文;侯树勋【作者单位】解放军总医院第一附属医院骨科，全军骨科研究所，北京市骨科植入医疗器械工程技术研究中心，北京市 100048;解放军总医院第一附属医院骨科，全军骨科研究所，北京市骨科植入医疗器械工程技术研究中心，北京市 100048;解放军总医院第一附属医院骨科，全军骨科研究所，北京市骨科植入医疗器械工程技术研究中心，北京市 100048;解放军总医院第一附属医院骨科，全军骨科研究所，北京市骨科植入医疗器械工程技术研究中心，北京市 100048;解放军总医院第一附属医院骨科，全军骨科研究所，北京市骨科植入医疗器械工程技术研究中心，北京市 100048;解放军总医院第一附属医院骨科，全军骨科研究所，北京市骨科植入医疗器械工程技术研究中心，北京市 100048;解放军总医院第一附属医院骨科，全军骨科研究所，北京市骨科植入医疗器械工程技术研究中心，北京市100048【正文语种】中文【中图分类】R318【相关文献】1.颈前路融合术与人工椎间盘置换治疗多节段颈椎病的疗效分析 [J], 张广兴2.有限元法分析多节段颈椎病4种颈前路修复方式的生物力学特点 [J], 李忠海;林斌;唐家广;任东风;李利;吴闻文;侯树勋;3.有限元法分析非连续两节段颈椎病前路混合术式的生物力学特点 [J], 彭嘉杰; 吴江林; 周霖; 黄永铨; 范智荣; 钟的桂; 苏海涛4.有限元法分析非连续两节段颈椎病前路混合术式的生物力学特点 [J], 彭嘉杰; 吴江林; 周霖; 黄永铨; 范智荣; 钟的桂; 苏海涛5.不同方式颈前路椎间盘切除植骨融合治疗多节段颈椎病近期疗效观察 [J], 陈炽森因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

上颈椎三维有限元模型的建立与分析的开题报告一、选题背景和意义随着现代社会人们生活水平的提高和生命周期的延长，慢性颈椎病已成为影响老年人群健康的重要疾病之一。

上颈椎是连接头部和躯干的重要部位，对于保证人体正常的视觉、听觉和呼吸功能等至关重要。

然而，上颈椎的解剖复杂性、紊乱的生物力学作用和长期不良的姿势等因素都会导致颈椎疾病的发生，而传统的治疗方式疗效受限，因此迫切需要开展相关的安全性和有效性评价研究。

有限元方法在人体解剖学和机械性能研究方面广泛应用。

针对上颈椎的有限元分析，既可以建立三维CAD模型，同时分析受力情况，还可以模拟不同病变状况下的上颈椎结构变化。

基于此，开展上颈椎三维有限元模型的建立与分析，将为颈椎疾病的筛查和治疗提供可靠的理论基础，有着重要的应用价值和意义。

二、研究内容和技术路线1. 研究内容：本研究旨在建立上颈椎的三维有限元模型，通过对其进行受力分析，预测在不同情况下上颈椎的破坏形式和变形情况，获得上颈椎受力响应规律，为颈椎疾病的防治提供参考。

2. 技术路线：建立上颈椎的三维有限元模型，首先需要获取人体上颈椎的高精度数字图像，包括CT扫描图像和MRI图像。

然后，利用三维建模软件建立上颈椎的三维CAD模型，导出到有限元软件中进行网格划分，根据解剖学知识对模型的边界条件和约束条件进行设置，确定试件的受力方式及受力位置，进行上颈椎的有限元分析。

最后，根据模拟分析结果，评估上颈椎的生物力学性能，为颈椎疾病的防治提供参考。

三、预期成果和意义1. 预期成果：本研究预计建立上颈椎的三维有限元模型，并进行有限元分析，获得上颈椎在不同情况下的受力响应规律和变形情况。

2. 意义：本研究可以为颈椎疾病的筛查和治疗提供参考，并为相关临床治疗提供依据。

同时，该研究也有助于推动有限元方法在人体工程学领域的应用和发展。