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目的：脊柱颈段是人体脊柱的重要组成部分，活动度大，稳定性差，解剖结构复杂。本研究旨在通过CT数据在普通PC机上建立脊柱颈段的局部有限元模型，准确反映其复杂的解剖结构及空间毗邻关系，为临床脊柱颈段疾患的诊断和治疗提供可靠的影像和解剖学资料。通过对有限元模型加载边界条件、载荷等力学参数，模拟椎动脉型颈椎病患者在转头后椎动脉的血流变化情况，探讨椎动脉型颈椎病的流体力学特点，为椎动脉型颈椎病发病机制提供有限元模拟生物力学方面的理论依据，并希望其对临床诊断、治疗以及治疗后评价提供一定的帮助。
方法：本模型选取一名经临床证实为椎动脉型颈椎病的男性患者作为志愿者，42岁，身高175cm，体重70kg，行螺旋CT扫描，扫描范围包括全部颈椎及椎间盘，螺旋CT扫描参数为：120kv，250mA，层厚0.625mm，螺距0.516。使用高压注射器以4ml/s的流率经肘静脉团注碘帕醇70ml，延迟9s扫描，最终得到186幅分辨率为512×512像素的CT断层图像。将CT扫描数据以DICOM格式存储入可读写光盘。
将DICOM文件导入Mimics10.01软件，对原始图像进行蒙皮、分割、光滑等步骤生成颈椎骨、椎间盘及椎动脉的三维模型。将模型以点云的形式导入逆向工程软件Geomagic Studio9进行光滑及除噪处理，生成实体模型经过组装，获得可进行有限元分析的脊柱颈段数字化模型，并经过解剖学数据验证。
从Geomagic Studio9里生成的实体模型以IGES文件导入到有限元分析软件ANSYS11.0中去，对每个椎骨、间盘及椎动脉进行网格划分，定义椎体及椎间盘为各项同性线弹性材料，椎动脉管壁设定为光滑、无渗透性的刚性管壁，流体性质为血液。选取C4、5节段椎动脉有限元模型作为实验对象，设置边界条件、进行力学加载，对数据进行求解得出正常椎动脉血流模型的血液动力学特点；建立模拟人体转头后椎动脉受压变狭窄的椎动脉模型并求解，对比两者在血液流速、血流对管壁的压力及血流流线等血流动力学方面的变化特点。
结果：
1．建立了基于CT断层图像应用Mimics生成的人体脊柱颈段三维可视化模型，含全部7块颈椎体、5个椎间盘及2条椎动脉。
2．通过Gemagic Studio9建立了脊柱颈段局部实体模型，整个模型共有95602个单元、135369个节点。其中骨骼单元83216个、节点120523个；椎间盘单元3683个、节点4825个；血管单元8703个、节点10021个。
3．得到了椎动脉受压变狭窄前后血液流速矢量图、管壁压力图、总压力图及血流流线图可用于椎动脉型颈椎病的生物力学分析。
结论：
1．通过本课题的研究，获得了一种基于CT断层图像数据，在PC机上应用Mimics生成脊柱颈段三维可视化模型的方法。
2．建立的脊柱颈段有限元模型，外形逼真，几何相似性及生物力学特性经过验证可以用来进行生物力学研究。成功模拟出椎动脉型颈椎病患者转头后椎动脉血流改变的有限元模型。
3．通过有限元分析得出：正常情况下，椎动脉内血流形式为层流，中心处血流速度最快，越向管壁处血流速度越慢，血液对管壁的压力较均匀；在转头后血管受压变狭窄，在血管狭窄部位主要为高速层流，缩窄区两端出现血液淤滞区，椎动脉平均流速减小，管壁受压不均。为椎动脉型颈椎病在病因学、病理学改变及病变与临床症状的对应关系等方面提供了流体力学的证据。