基於 CT 影像進行臂神經叢損傷的 FEM 有限元分析
概述
3D 建模和模擬能夠為潛在的臨床解決方案提供詳細的分析，因此日本山口大學將 Simpleware 軟體作為研究生物力學和脊柱損傷的重要工具。在這項研究中使用了脊椎、硬腦膜、根和臂神經叢的複雜 3D 有限元模型 (FEM)， 檢查成人臂神經叢損傷。作者研究了臂神經叢損傷的機制，特別是應力和應變分佈，以及該模型對於其他應用的有用性。
亮點
- 從 Visible Human Project 獲取 3D 影像數據
- 使用 Simpleware ScanIP 建立模型
- 使用 Simpleware FE 有限元素模組生成 FE 有限元網格
- JVISION 中設置邊界條件
- 在 LS-DYNA 中進行模擬
建立模型
在 Simpleware ScanIP 中使用 Visible Human Project（美國國家醫學圖書館，美國馬裡蘭州貝塞斯達）提供的 CT 和 MRI 影像中的硬腦膜、椎骨和椎間盤產生 3D FEM，肋骨和肋軟骨被構造為胸廓，因為它在研究脊椎的運動特性中很重要。此模型也用於觀察肩胛骨、鎖骨和肱骨與上肢運動的關係，由於沒有臂神經叢的圖像，因此根據研究數據將部件建構到模型中。
圖：脊神經根依其解剖形式按比例延伸，如臂叢神經
網格生成
在 Simpleware 中使用 20 節點單元將所有部位進行網格劃分並生成模型，在 JVISION（JSOL，日本東京）中設置邊界條件，再採用 LS-DYNA 進行模擬，設定頸椎後屈、頸椎左外屈、頸椎左旋、右上肢外展四種分析條件。 對每種情況下施加到臂叢神經的應變的分佈和大小進行測量，以確定應變增大的位置。
圖：模擬臂神經叢損傷狀況
模擬結果
圖：模擬脊椎側屈
該研究結果與臨床結果非常吻合，使該模型成為有效的研究工具。 因此，可以開發針對雙軸神經叢損傷的保護方法，以幫助減少身體殘疾和心理困擾。 未來的研究可以為應變增加更真實的閾值，同時用 FE 有限元模型重現更複雜的損傷形式，包括血流等等。
參考資料
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