汤凯文，综述，熊波，刘社庭审校

    (南华大学附属郴州市第一人民医院脊柱外科，湖南郴州423000)

    基于定量CT的脊柱有限元分析现状

    汤凯文，综述，熊波，刘社庭审校

    (南华大学附属郴州市第一人民医院脊柱外科，湖南郴州423000)

    脊柱；体层摄影术，X线计算机；有限元分析；三维定量计算机断层扫描；椎体

    骨质疏松容易诱发脊柱胸、腰段骨折，相关研究人员花费了大量时间及精力研发能监测人体脊柱中骨矿物质含量的影像设备。二维双能X射线骨密度仪(dualenergy X-ray absorptiometry，DXA)是应用于骨质疏松症的诊断及监测骨矿物质含量最常用的工具[1-2]。但因为标准DXA应用的是二维影像技术，其不能分析骨质的三维空间结构和区分在骨皮质与骨小梁之间矿物质密度变化，三维定量计算机断层扫描(quantitative computed tomography，QCT)提供了骨质结构的三维影像及骨矿物质的空间分布情况，因此，也被应用于分析骨皮质与骨小梁各自的矿物质密度[3]。一种源于在机械及土木工程领域的计算机技术——有限元分析法能采用从QCT中获得的骨质图像创建使用者所感兴趣的脊柱有限元模型，然后，进行有限元分析，评估在不同影响因素情况下骨骼的强度变化[4-6]。

    有限元法需要将一个整体结构分割成许多小的部分，而将小的部分称之为单元。当外界的应力加载于物体结构上时通过有限元法能分析施加在该结构上每个单元的机械应力及物体的形变。数字QCT影像被划分为许多小体，这些小体均具有所知的骨密度。因为在之前的实验研究中已有学者发现了在基于QCT的骨矿物质密度与骨质的机械性质之间的关系，在这样的情形下，骨骼的三维医学影像转化为三维有限元模型是非常便利的。基于QCT影像的有限元分析作为一种适用于生物力学分析的工具，可用来评估骨骼的机械载荷。本文主要概述了采用脊柱的QCT图像创建脊柱有限元模型并对其进行有限元分析，通过该法能确定一些因素对脊柱生物力学的影响，如年龄、性别、骨质疏松、抗骨质疏松药物治疗等，攻克了许多临床上的难题。

    1 有限元模型创建及分析的基本步骤

    对脊柱进行有限元分析需要6个步骤：(1)图像分割；(2)网格划分；(3)骨矿物质的赋值；(4)边界条件的约束和加载；(5)求解；(6)后处理。每一个步骤对最后的结果均会产生重要的影响，而且对于每一个需要用有限元分析解决的临床问题，每一个步骤均是特定的。

    1.1 图像分割通过获得所需要的解剖部位的CT影像 ......