基于三维有限元模型研究石氏伤科骨错缝筋出槽手法对下段颈椎及椎动脉的作用机制

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颈性眩晕是临床颈椎病患者中常见症状,其发病机制较为复杂,但以椎-基底动脉供血不足的病理变化明确。颈椎“骨错缝筋出槽”病理状态是颈椎病发病的关键机制,基于该理论指导下的中医骨伤手法治疗颈椎病有着卓越的临床优势,但目前对于手法治疗作用的生物力学机制研究尚不完善。生物力学测量直接获取手法操作时的运动学和动力学参数,为手法的客观化提供详细数据。三维有限元模型模型和有限元分析法是一种理想的脊柱生物力学研究平台,该技术已经十分成熟,但在中医领域的应用尚处于萌芽阶段。因此,采用生物力学测量方法获取手法操作的力学参数,结合有限元模型和有限元分析法,模拟和再现手法操作的过程,直观展现手法疗效的生物力学作用机制将有助于推动中医骨伤手法治疗理论的完善和发展。  目的:  (1)建立和验证正常人全颈椎有限元模型,为病理模型的构建,手法作用机制的研究提供有效,可靠的模型平台;  (2)在体测量石氏伤科下颈椎“骨错缝筋出槽”定点旋扳法的生物力学参数,总结该手法的施术特点,分析影响该手法的主要因素,并为该手法的有限元模型加载提供真实,有效的动力学参数;  (3)基于正常人全颈椎模型,建立下颈椎“骨错缝筋出槽”病理有限元模型,为阐述颈性眩晕的病理状态特点和手法治疗颈性眩晕的生物力学作用机制提供研究平台;  (4)基于下颈椎“骨错缝筋出槽”病理有限元模型,施加在体测量手法力学参数,模拟和再现手法施术过程,观察和阐述该手法治疗颈性眩晕的生物力学机制。  方法:  (1)招募一名正常志愿者并获取其颈部CT扫描数据,将数据依次格式导入Mimics17.0,Germagic12.0,Hypermesh11.0,Abaqus6.13等有限元前、后处理软件创建正常人颈椎有限元模型,通过于经典离体实验研究数据做对比,验证该模型的有效性和可靠性。  (2)招募一名以颈性眩晕为主要症状的下颈椎“骨错缝筋出槽”患者,获取其颈部CT数据,建立三维模型,将正常模型导入Mimics17.0软件中,以病理三维模型为基础,调整正常模型的坐标,使其尽可能接近病理模型的结构状态,然后重复之第一步有限元建模过程,对材料设置,部件的构造等均完全按照第一步,最终获得与正常人模型仅有坐标不同的病理有限元模型。对其施加1Nm生理载荷,观察病理模型的应力特点。  (3)招募志愿者接受石氏伤科下颈椎“骨错缝筋出槽”定点旋扳法操作,以Runinsense系统内测得手法施术时力学参数。测量受试者身高,体重,BMI,颈围,颈长,坐高等观察因素,对左、右手施术特点进行和手法力学参数与观察因素进行统计学分析,分析其差异性和相关性。并测量和记录第二步中患者接受治疗时的动力学信息,为后续研究提供参数。  (4)将病理有限元模型按照手法施术特定进行边界条件设定和载荷条件设置,输入第三步中获取的患者治疗数据,在有限元模型中再现手法施术过程,观察手法作用后模型的应力分布和改变。  结果:  (1)建立了一个外形逼真,解剖精细,能够完整模拟颈椎的几何特性和内在材料属性的三维有限元模型。通过与经典离体实验数据结果进行对比验证了该模型的可靠性和有效性。  (2)石氏伤科下颈椎“骨错缝筋出槽”定点旋扳手法作用力参考值如下:左手拇指扳动力平均大小6.93±3.21 kg,掌心扳动力平均大小4.49±2.10kg,右手拇指扳动力平均大小6.9±2.36 kg,掌心扳动力平均大小3.42±2.03 kg。  (3)建立了下颈椎“骨错缝筋出槽”病理有限元模型,该模型符合下颈椎“骨错缝筋出槽”的结构形态和颈性眩晕的病理特点,该模型椎动脉的应力特点提示 V1段椎动脉血的力学环境改变可能是造成VBI,引起颈性眩晕的重要影响因素。  (4)下颈椎“骨错缝筋出槽”定点旋扳手法可以有效缓解病理状态下椎体,椎动脉在病理部位的高应力状态,使得血管壁在病理状态下的应力迅速下降,消除了机械性,动力性和血管性刺激对椎动脉的影响,缓解VBI从而减轻临床症状。  结论:  (1)正常人有限元模型和病理模型可直观的反映在生理载荷作用下椎体,椎间盘,关节突关节,韧带和椎动脉等结构的应力应变情况,为在中医骨伤科学中研究颈椎病理,生理和手法的临床疗效机制研究提供了完可靠的有限元模型平台。  (2)石氏伤科下颈椎“骨错缝筋出槽”定点旋扳手法施术时,左、右手效果相当,仅在施加扳动力时有差异性,利手扳动力小,不利手扳动力大;拇指推动力比掌心的旋转力用时更短;身高,体重,BMI,颈围,颈长均是影响是手法扳动力因素,利手对各影响因素的灵敏度更高。  (3)V1段椎动脉周围力学环境失衡是导致VBI引起颈性眩晕的重要因素。下颈椎“骨错缝筋出槽”定点旋扳手法可以椎体,椎动脉在病理部位的高应力状态,使得血管壁在病理状态下的应力迅速下降,消除机械性,动力性和血管性刺激对椎动脉的影响,缓解VBI从而减轻临床症状,达到治疗目的。
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