不同牵拉方式对腰椎的生物力学影响

目的 采用三维有限元方法研究不同牵拉条件对腰椎生物力学的影响。方法 通过对腰椎L1~5节段扫描,获得CT图像导入Mimics三维重建获得腰椎L1~5的三维几何模型,利用Geomagic Studio和Hypermesh获得腰椎L1~5的网格模型。运用Abaqus进行不同牵拉条件下的腰椎有限元仿真计算。结果 头低位角度与髓核内应力有相关性,头低位角度不超过10°时,髓核内应力随摆动周期规律性变化;头低位角度大于10°时,应力呈降低趋势。摆动模式下,纤维环内环应力增加,促进椎间盘回缩。结论 牵拉治疗有助于缓解腰椎疼痛,摆动作用有助于协调牵拉作用在各方向的效果,牵拉方式结合摆动可更好地梳理和解除后部小关节紊乱。此外,患者在治疗中应选取适当的牵拉作用力以达到良好的治疗效果。     

Hybrid手术对颈椎力传导方式的影响

目的研究人工椎间盘置换(total disc replacement,TDR)合并融合的Hybrid手术后颈椎的力传导模式,从生物力学角度加深对Hybrid手术的认识。方法建立正常颈椎有限元模型(INTACT模型),模拟C4~6节段退变的3种手术方案:上置换+下融合(TDR45模型)、上融合+下置换(TDR56模型)、双节段融合(Fusion456模型)。结果所有手术模型中,融合节段的活动能力完全丧失,置换节段的活动能力有所增加。在160 N轴向力作用下,INTACT模型整个节段后伸4°,而TDR45与TDR56模型的颈椎节段分别后伸8.2°与8.9°。在TDR56模型中,经过C5椎体的力减少20%,经过置换节段小关节的力增加3.8倍。在TDR45模型中,经过置换节段小关节的力增加50%。INTACT模型的最大关节应力为0.8 MPa,而TDR45与TDR56模型置换节段的小关节应力均高达正常颈椎的2倍。结论由于置换节段活动范围的增加,Hybrid术后颈椎曲度在轴向力作用下发生较大改变(后伸)。这种改变将导致经过置换节段椎体的力有所减少,而经过小关节的力有所增加,从而增加置换节段小关节的应力。     

行走过程中不同背包负重方式对人体生理参数的影响

目的针对背包重物集中放置在底部的传统集中式负重方式,研究将重物分散放置的非均匀负重方式对人体生理参数的影响。方法非均匀负重分布方式主要将背包空间按上、下、左、右分为4个空间,重物按1/2∶1/2、1/4∶3/4和3/4∶1/4三种比例放在左下和右上两个位置,剩余两个空间用对应体积大小的塑料泡沫填充。利用肌电测量系统和三维运动捕捉系统测量10名健康志愿者以1.1 m/s的速度在跑步机上负重10%自身体重行走30 min前后姿势、肌肉疲劳、心率和血压的变化,以及停止行走后0、5、10和15 min时肌电参数变化情况。结果右上位置负重增加明显,导致斜方肌肌肉疲劳上升和前倾角增大,相同背包重量下非均匀分布方式与传统负重方式对肌肉疲劳的影响区别不大,左下和右上重量比为3/4∶1/4的分布方式对身体姿势影响不明显。此外,将重物同比例左下右上放置比传统负重方式更有利于降低对心率和血压的影响。结论采取合理的重量分布方式可保证躯干姿势不受影响,同时有利于降低对心率和血压的影响。因此,背包设计可考虑重物交叉分布,且对等式分布质量。     

全腰椎有限元模态分析

目的 采用三维有限元方法研究人体腰椎的动力学特性。方法 基于CT扫描图像建立并验证全腰椎L1~5节段有限元模型,对全腰椎进行有限元模态分析。结果 提取腰椎的30阶自由模态,获得了腰椎在自由状态下的动态特性：腰椎共振频率分布集中;各阶模态最大振幅急剧变化,L5节段腰椎附近的振幅较大,是腰椎的薄弱环节。结论 腰椎的模态分析是进一步进行动力学分析的基础,确定腰椎的固有频率、振型和振幅等振动参数,对于腰椎的振动特性分析和人机工程设计优化等方面具有重要意义。