论文部分内容阅读
目的：建立“腰椎-骨盆-股骨上端”三维有限元生物力学模型,验证所建模型的可靠性;利用所建立的"腰椎-骨盆-股骨上端"模型模拟腰椎定点坐位旋转手法,探索腰椎定点坐位旋转手法的作用机制,评价腰椎定点坐位旋转手法的安全性.
方法：使用64层螺旋CT扫描志愿者第12胸椎以下双侧股骨上端以上范围,得到的CT原始影像图片879张,以DICOM格式存储;将DICOM格式的CT图片导入Mimicsl0.01软件进行“蒙面”编辑,利用其三维重建功能建立"腰椎-骨盆-股骨上端"几何模型;将模型导入geomagic12进行精修(减少噪音、松弛、删除钉状物、快速平滑、砂纸、填充孔、自动修补功能),以利于网格划分,确定三角形无自相交后输出模型;将geomagic12精修过的几何模型导入hypermeshl0,划分四面体网格并添加椎间盘(区分纤维环和髓核)与相关韧带.参照相关文献设置模型各部分材料属性,以双侧股骨上端下表面为边界,模拟腰椎斜板手法、坐位旋转手法以及牵板手法加载三个不同工况(①工况1:不加载荷,单纯右旋15°;②工况2:前屈15°,纵向加载300N,右旋15°;③工况3:前屈15°,牵引300N右旋15° ),参考前期实验生物力学和有限元分析数据对模型进行加载,运算模拟腰椎三种手法下模型各部位的位移及应力分布,以验证模型的有效性.根据腰椎定点旋转手法的作用原理,将腰椎定点坐位旋转手法进行分解,改变腰椎前屈和侧弯参数,设计四种不同的工况(④X轴:前屈15°,Y轴:侧曲15°,Z右旋15°,纵向加载300N,L1椎体上面15Nm右旋力矩,L4棘突3Nm左偏前30°旋转力矩.⑤X轴:前屈15°,Y轴:侧曲9°,Z右旋15°,纵向加载300N,L1椎体上面15Nm右旋力矩,L4棘突3Nm左偏前30°旋转力矩.⑥X轴:前屈20°,Y轴:侧曲12°,Z右旋15°,纵向加载300N,L1椎体上面15Nm右旋力矩,L4棘突3Nm左偏前30°旋转力矩.⑦X轴:前屈15°,Y轴:侧曲20°,Z右旋15°,纵向加载300N,L1椎体上面15Nm右旋力矩,L4棘突3Nm左偏前30°旋转力矩),将相关数据导入三维有限元模型,进行运算手法作用下各部位的位移及应力分布.
结果：①得到腰椎-骨盆-股骨上端骨质(区别骨松质和骨密质)、椎间盘(区分纤维环和髓核)以及前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带、骶髂韧带、骶结节韧带、髂腰韧带、腹股沟韧带有限元模型.模型包括290771个节点,1321886个四面体单元,296个spring单元.②不加载荷,单纯旋转15°工况下,腰椎-骨盆-股骨上端骨质、椎间盘及各韧带的位移值和应力值与牵引和加载相比,各项指标明显普遍较小.③同时旋转15°,纵向加载和牵引,腰椎-骨盆-股骨上端骨质、椎间盘以及各韧带位移值总体趋势自上而下逐步减小;应力集中分布在椎弓根、腰椎小关节、骶髂关节、股骨颈处,右侧更明显.④相同前屈角度(前屈15°)的情况下,随着侧曲角度的增加(9°-15°-20°),同平面腰椎-骨盆-股骨上端骨质、椎间盘以及各韧带位移增加.同平面腰椎-骨盆-股骨上端骨质、椎间盘以及各韧带的最大位移出现在前屈20°侧曲12°.⑤相同前屈角度(前屈15°)的情况下,随着侧曲角度的增加(9°-15°-20°),同平面腰椎-骨盆-股骨上端骨质、椎间盘以及各韧带应力增加.同平面腰椎-骨盆-股骨上端骨质以及各韧带的最大应力出现在前屈20°侧曲12°.椎间盘的最大应力出现在前屈15°侧曲20°.⑥模拟腰椎定点坐位旋转手法,观察腰椎-骨盆-股骨上端骨质、椎间盘以及各韧带位移的变化趋势,出现自上而下,由右前上方向左后下方递减的趋势.同平面腰椎-骨盆-股骨上端骨质、椎间盘以及各韧带各部位移由右前方向左后方递减的趋势递减.观察腰椎-骨盆-股骨上端骨质以及各韧带位移:对骨质来讲,左髋关节以下基本没有什么位移,但是左髂腰韧带和、右骶棘韧带和右骶结节韧带却出现了明显的位移.⑦模拟腰椎定点坐位旋转手法,观察椎间盘以及各韧带应力的变化趋势,出现自上而下,由左后上方向右前下方递增的趋势.⑧模拟腰椎定点坐位旋转手法,腰椎-骨盆-股骨上端骨质的应力没有出现规律性分布,应力集中在腰椎椎体右前部、椎弓、椎间小关节、骶髂关节以及右股骨颈等处,右侧更明显.⑨纤维环和髓核做为一个整体,和腰椎并不存在同步位移,相邻的椎体和椎间盘的位移相差1-3mm.纤维环和髓核的应力分布并不同步,而且差别比较大.
结论：1.所建立的“腰椎-骨盆-股骨上端”三维有限元模型有效,可以用于对“腰椎定点坐位旋转手法”进行有限元生物力学分析.2.在施行“腰椎定点坐位旋转手法”过程中,腰椎侧弯和前屈都是影响腰椎-骨盆-股骨上端骨质(区别骨松质和骨密质)、椎间盘(区分纤维环和髓核)以及各韧带位移和应力分布的因素.相对来说,前屈对骨质的影响较大,侧弯对椎间盘的影响较大.3.“腰椎定点坐位旋转手法”可以调整小关节结构,松解腰椎小关节粘连,缓解小关节结构紊乱以及滑膜嵌顿引起的腰腿疼痛症状.4.在施行“腰椎定点坐位旋转手法”时注意选择手法旋转的方向,以及手法操作的合适力度,以免加重临床症状或出现并发症.