腰椎斜扳手法时椎间盘的有限元分析

背景:利用计算机技术和有限元法分析法研究中医传统的脊柱推拿手法,来解释手法的作用机制、适应证和禁忌证,可为临床上常用的腰椎斜扳手法提供了客观的、科学的理论依据。目的:应用有限元法了解进行斜扳手法时腰椎间盘的内在应力及位移分布的特点。方法:使用正常腰椎CT片,以Mimics软件系统逐层重建,建立L4～5三维有限元模型。根据手法原理,将腰椎斜扳手法进行分解,把各项力学参数代入三维有限元模型进行计算分析。即时显示手法作用时腰椎间盘的位移和内在应力的变化。结果与结论:椎间盘的应力远小于后部结构;从椎间盘中心到右侧有一个向后的扭转矢量,使椎间盘产生变形。结果证明腰椎斜扳手法对椎间盘是安全的,并且在椎间盘突出的对侧进行手法操作更为合理;腰椎椎管狭窄的患者不宜使用腰椎斜扳手法。     

腰部推拿手法生物力学和有限元比较研究

目的：应用生物力学方法和三维有限元模型，模拟不同腰部推拿手法，比较其腰椎内部结构的变化。方法：标本固定于生物力学材料实验机（MTS）应用计算机定量控制，同时使用ABAQUS6.1有限元软件建立腰椎L4-5有限元模型，分别模拟斜板手法、坐位旋转和牵扳手法。结果：生物力学模型显示斜扳手法和坐位旋转手法髓核内压力明显升高，牵扳手法髓核内压力降低或轻度升高；神经根与椎间盘之间有一位移；腰椎小关切内应力低于关节内骨折的限度。有限元模型模拟手法作用时，椎间盘的髓压力在坐位旋转最大；牵扳手法最小且为负值。3种手法作用时，小关节合力均无明显差别。斜扳手法和坐位旋转手法外层纤维环应力最大，牵扳手法内层纤维环应力最大，3种手法均可造成椎间盘的后外侧与神经根之间有一位移。结论：模拟手法作用时椎间盘与相邻神经根之间有一相对位移，这可能是其治疗机制，有的手法作用时髓核内压升高，应注意其安全性。同时应用三维有限元模型可以很好的模拟各种腰部推拿手法，并得到与生物力学实验基本一致的结果。     

坐位旋转手法时退变腰椎间盘内在应力和位移的有限元分析

目的：探讨进行坐位旋转手法时退变腰椎间盘的内在应力及位移分布的特点，以分析手法的机制、安全性与合理性。方法：使用腰椎CT片，以Mimics软件系统逐层重建14—5三维有限元模型，通过设定结构的参数完成退变腰椎间盘模型。将向右侧旋转的坐位腰椎旋转手法进行分解，把各项力学参数代入模型进行计算分析。即时显示手法作用时退变腰椎间盘的内在应力和位移的变化。结果：椎间盘的应力、应变及位移都不断增加。应力从腰椎间盘右前侧的外缘呈弧形向左后侧的外缘递减。椎间盘右后侧外缘的压应力较大。位移从右前侧向左后侧呈层状递减。位移方向与应力方向大致相同。相应位置椎间盘右后侧位移大于左后侧位移。最终应变：右后角中下部有明显的变形，向后内侧突出，左后侧部变形最小。结论：手法增加了旋转侧椎间盘的位移，有利于解除神经根的粘连，但同时增加了对神经根的压迫。向突出椎间盘的对侧旋转较为安全。腰椎椎管狭窄患者不宜用本手法。     

坐位旋转手法对正常腰椎间盘内在应力和位移的实时监测的实验研究

目的:了解坐位旋转手法对正常腰椎间盘的内在应力及位移分布的特点.方法:使用正常L4-5腰椎CT片,以Mimics软件系统逐层重建,建立L4-5三维有限元模型.根据手法原理,将坐位腰椎旋转手法进行分解,把各项力学参数代入三维有限元模型进行计算分析.即时显示手法作用时腰椎间盘的位移和内在应力的变化.结果:纤维环旋转侧的前部所受压力和旋转对侧的后部受到张力都逐渐增加;旋转侧的前部出现明显垂直压缩,并向前、向外侧膨出移位;纤维环旋转对侧的后部出现拉伸变形,并向前、向内侧回缩移位.结论:模拟坐位腰椎旋转手法时,椎间盘在旋转侧的前部为压力主要集中区,同时在旋转对侧的后部为张力集中区.椎间盘的最大位移在旋转侧的前部上缘;旋转对侧的后部受到张力也相应出现拉伸.髓核内的应力和位移变化相对较小.     

推拿手法对腰椎髓核内压影响的实验研究

目的：比较临床上几种常用的腰部推拿手法对腰椎髓核内压力的影响。方法：用生物材料实验机对新鲜尸体腰椎标本施以计算机定量模拟的不同手法,观察髓核内压力变化情况。结果：模拟斜扳手法和坐位旋转手法,椎间盘髓核内压力均升高,模拟牵扳手法髓核内压下降,结论：牵手法治疗腰椎间盘突出症时较为安全。     

腰椎斜扳手法所致“咔哒”声时推扳力的研究

摘要 目的：研究腰椎斜扳手法所致咔哒声响时推扳力的大小，为手法提供定量化依据。方法：使用压力检测系统，测量并记录向左右分别进行斜扳手法出现咔哒声响时作用在肩部和臀部的推扳力。结果：以出现咔哒声响作为腰椎斜扳手法成功的标志，此刻对左右肩部平均推扳力分别为12.552±1.715kg和12.748±1.645kg，对左右臀部平均推扳力分别为13.587±1.631kg和13.274±1.200kg。结论：向左右分别进行斜扳手法时，对左右肩部或臀部的平均推扳力无显著差异（P＞0.05），但对臀部的推扳力大于对肩部的推扳力（P=0.016）。 关键词 斜扳手法；推拿；手法；咔哒声响；推扳力 中图分类号：R244.1,R49 文献标识码：A 文章编号：1001-1242(2008)-03-0202-03     

三种前屈角度下坐位旋转手法对腰椎间盘作用的有限元分析

目的探讨不同前屈状态下坐位腰椎旋转手法对椎间盘的影响。方法使用腰椎CT片,以Mimics软件系统逐层重建,建立L4-5的三维有限元模型。根据手法原理,将坐位腰椎旋转手法进行分解,在6°、9°、12°三种腰椎前屈角度下,把各项力学参数代入有限元模型进行计算分析。结果①对于正常腰椎,椎间盘左侧后缘的应力随着腰椎前屈角度增大而增大,前屈角度的变化对位移的影响相对较小,椎间盘无明显向后突出。②对于退变腰椎,椎间盘右侧后缘的应力和位移均随着腰椎前屈角度增大而增大,12°状态下椎间盘右侧后缘明显向后突出。结论①该手法不会造成椎间盘损伤。②向健侧旋转优于向患侧旋转。③腰椎椎管狭窄患者不宜使用本手法。④手法时,前屈角度不宜太大。     

身高对腰椎斜扳手法“咔哒”声响时推扳力的影响

目的研究身高对腰椎斜扳手法"咔哒"声响时推扳力的影响,为手法提供定量化依据。方法使用压力检测系统,测量并记录对不同身高两组受试者进行斜扳手法出现"咔哒"声响时的推扳力。结果以出现"咔哒"声响作为腰椎斜扳手法成功的标志,此刻对身材较高和较矮的受试者肩部的平均推扳力分别为(12.814±1.264)kg和(12.414±1.387)kg,臀部的推扳力分别为(13.627±1.351)kg和(13.500±1.094)kg。结论斜扳手法操作时所需推扳力的大小与身高无直接关系。     

有限元分析过伸复位治疗胸腰椎压缩性骨折的椎间盘动态力学

背景：过伸复位法治疗胸腰椎压缩性骨折具有治疗效果好、费用低、损伤轻、疗效快等优点,但临床应用缺乏规范,对手法的作用机制研究相对不足。目的：利用有限元分析法观察过伸复位治疗胸腰椎压缩性骨折椎间盘的动态生物力学特性。方法：依据1例T12椎体单纯压缩性骨折患者的210层Dicom3.0标准的CT图片建立T12椎体单纯压缩性骨折的有限元模型,在对模型有效性进行验证后,模拟过伸复位手法,约束L2下端所有面,给T11椎体上端一个纵向牵引力,分别于T11,T12,L1椎骨棘突顶点给予一个方向垂直朝向椎体、大小为3.0cm的位移。程序运算,读取受压椎骨上下椎间盘的受力情况。结果与结论：建立了几何外型逼真、生物力学特性全面的胸腰段椎体压缩性骨折三维有限元模型。复位手法作用后椎间盘发生明显的牵张,在不同过伸支点椎间盘的受力不同。提示过伸复位治疗胸腰椎压缩性骨折疗效确切,椎间盘在骨折复位中发挥重要作用,利用有限元法分析传统手法的作用机制具有实验结果可靠、显示结果直观、节约资源以及手法模拟精确等优点。     

建立人工腰椎间盘植入腰椎运动节段有限元模型及其应力分析

背景：目前临床所使用的人工椎间盘的结构、材料特性、生物学特性等与正常生理的椎间盘有着很大区别。目的：通过三维有限元的方法观察分析人工腰椎间盘在腰椎运动节段中的应力传导作用。设计：单一样本观察分析。单位：中山大学附属第三院骨科、附属第二医院骨科及南方医科大学生物力学实验室。对象：1例健康男性意外死亡的无任何脊柱疾患的脊柱标本及SB ChariteⅢ型人工椎间盘建立起脊柱运动节段的人工椎间盘植入有限元模型。方法：根据人工椎间盘的工业设计图，利用有限元软件MSC.MARK，建立人工腰椎间盘三维模型；取脊柱健康的腰椎运动节段尸体标本，用螺旋CT机对标本进行扫描，并把图像文件输入计算机保存，在ASC．MARK软件固有的三维坐标系中建立L4-5节段的几何模型。把L4-5运动节段模型中的椎间盘换成人工椎间盘，保持模型L5下终板固定，分别向标本施加4Nm的前屈、后伸、侧弯及扭转力矩，最后计算人工椎间盘代表结点的受力大小并记录应力的分布。主要观察指标：观察人工椎间盘前屈、后伸、压缩、侧屈、旋转运动状态的应力分布情况。结果：建立了符合临床实际的人工腰椎间盘植入腰椎运动节段的有限元模型。人工椎间盘的应力分布特点为：①在所有的运动状态中，滑动核及盖板的中心部位承受的应力最大，其次为滑动核在运动状态下偏向的部位。②滑动核及盖板上表面比各自的下表面承受其两三倍的应力。③所有的运动状态中，压缩状态下滑动核和盖板的中心部位承受的应力最大。结论：建立人工腰椎间盘植入腰椎运动节段有限元模型，在形态、大小及运动特点均与实际的人工椎间盘的结构特点相符，以此进行人工椎间盘应力分布的实验是可行的。     

Wallis腰椎非融合系统的有限元分析

背景：目前Wallis非融合系统临床应用短期效果明显。目的：构建Wallis腰椎非融合系统有限元模型,分析Wallis腰椎非融合在腰椎不同生理运动情况下的应力分布。方法：选取8例腰椎间盘轻度退变的志愿者采用连续螺旋CT扫描,导入Materialise Mimics10.01软件,三维重建L4～5椎体及椎间盘三维模型,与文献结果进行对比,验证模型有效性。在AutoCAD2009软件中建立Wallis系统模型,导入Materialise3-Matic4.3软件,将重建的Wallis模型按标准手术模式与腰椎模型拟合,导入Abaqus6.9软件,生成有限元模型,并进行分析腰椎前屈、后伸、侧屈及旋转运动时Wallis腰椎非融合系统的应力变化。结果与结论：实验所建立的腰椎三维有限元模型共有233438个单元,48174个节点;所建立的Wallis系统的三维有限元模型,共有11857个单元,3398个节点,将二者拟合,模型共有245295个单元,51572个节点,重建的三维模型可以精确地模拟Wallis非融合系统固定情况。通过应力云图显示前屈、后伸、侧屈及旋转运动下Wallis系统的应力分布情况,此模型说明Wallis系统参与了腰椎不同方向的活动,与腰椎很好地匹配,顺应了腰椎的运动,位于上下棘突之间的部分应力较大,且与下位椎体棘突相接触部分的应力最高。说明应用CT扫描技术及Mimics软件能直接与Abaqus软件进行对接,并能根据CT值直接赋值使Wallis腰椎非融合系统有限元模型的建立更加快捷和精确,Wallis棘突间撑开器植入后可分担椎间盘应力和小关节压力,Wallis系统本身和棘突应力升高,有棘突骨折及植入物疲劳性断裂的可能性。     

建立人工腰椎间盘植入腰椎运动节段有限元模型及其应力分析

背景目前临床所使用的人工椎间盘的结构、材料特性、生物学特性等与正常生理的椎间盘有着很大区别.目的通过三维有限元的方法观察分析人工腰椎间盘在腰椎运动节段中的应力传导作用.设计单一样本观察分析.单位中山大学附属第三院骨科、附属第二医院骨科及南方医科大学生物力学实验室.对象1例健康男性意外死亡的无任何脊柱疾患的脊柱标本及SBChariteⅢ型人工椎间盘建立起脊柱运动节段的人工椎间盘植入有限元模型.方法根据人工椎间盘的工业设计图,利用有限元软件MSC.MARK,建立人工腰椎间盘三维模型;取脊柱健康的腰椎运动节段尸体标本,用螺旋CT机对标本进行扫描,并把图像文件输入计算机保存,在ASC.MARK软件固有的三维坐标系中建立L4-5节段的几何模型.把L4-5运动节段模型中的椎间盘换成人工椎间盘,保持模型L5下终板固定,分别向标本施加4 Nm的前屈、后伸、侧弯及扭转力矩,最后计算人工椎间盘代表结点的受力大小并记录应力的分布.主要观察指标观察人工椎间盘前屈、后伸、压缩、侧屈、旋转运动状态的应力分布情况.结果建立了符合临床实际的人工腰椎间盘植入腰椎运动节段的有限元模型.人工椎间盘的应力分布特点为①在所有的运动状态中,滑动核及盖板的中心部位承受的应力最大,其次为滑动核在运动状态下偏向的部位.②滑动核及盖板上表面比各自的下表面承受其两三倍的应力.③所有的运动状态中,压缩状态下滑动核和盖板的中心部位承受的应力最大.结论建立人工腰椎间盘植入腰椎运动节段有限元模型,在形态、大小及运动特点均与实际的人工椎间盘的结构特点相符,以此进行人工椎间盘应力分布的实验是可行的.     

模拟腰部推拿手法建立“腰-盆-髋”有限元模型

背景：对局部椎体或整个脊柱进行推拿手法的有限元分析具有一定的局限性。目的：通过建立＂腰-盆-髋＂有限元模型对腰部推拿手法进行相关生物力学分析。方法：利用螺旋CT数据通过Mimics10.01建立具有高度几何相似性的腰椎、骨盆和股骨近端复合体骨骼的面模型,利用geomagic9精修模型,在hypermesh10.0中划分网格,添加椎间盘和主要韧带。并对有限元模型各部件进行材料属性赋值。利用有限元分析软件模拟腰椎推拿手法三工况加载,计算特征部位位移、最大应变及应力。结果与结论：有限元模型在三工况载荷下的特征部位应力、应变值基本能够反映＂腰-盆-髋＂特有的力学结构特性,模型的仿真性较好。在近似的几何外形下,据生物力学资料报道的材料赋值建模保证了有限元模型计算的正确性;模拟接近生理状况下的边界及载荷条件进行计算可以确保结果的准确性。     

脊柱腰段正常及骨质疏松三维有限元数字模型的建立

背景：建立逼真的有限元模型是对脊柱进行有限元力学分析的重要基础,关于骨质疏松有限元模型的报道尚少。目的：建立脊柱腰段各主要结构及骨质疏松腰椎的有限元数字模型,为正常脊柱腰段及骨质疏松患者腰椎的有限元力学分析打下基础。方法t对1名健康男性志愿者行脊柱腰段的螺旋CT扫描,将所得图像先在Mimics中进行分隔和重建,在Geomagic中进行优化,在Ansys中赋材质及网格划分,建立三维有限元数字模型。结果与结论：建立了包括全部腰椎、椎间盘及主要韧带的正常腰椎及骨质疏松腰椎三维有限元数字模型。该模型外形逼真,几何相似性好,可以随意旋转,方便从多角度观察、采集三维信息,各主要结构材料属性接近实际,适合进行生物力学研究。提示利用CT数据及mimics、geomagic、Ansys软件可以建立脊柱腰段正常及骨质疏松有限元数字模型。     

基于CT扫描及CAD技术建立下腰椎三维有限元模型

背景：近年来,计算机技术和有限元理论的飞速发展为构建腰椎模型提供了技术支持,有限元模型的精确性和可靠性显著提高,为研究椎间盘、椎板切除、腰椎融合、脊柱内固定材料等临床相关的生物力学问题提供了更好的平台。目的：应用三维有限元法建立L3～5腰椎活动节段力学模型。方法：通过CT扫描、Unigraphics V18.0软件进行影像边界记录、定标等方法,按照点、线、面、体的顺序重建三维结构,采用CAD数据处理技术,输入相关的材料特性,验证重建模型的有效性。结果与结论：建立下腰椎的三维有限元模型（L3～5）,分析结果证明其在仿真分析中是可行的,可以模拟生物力学实验。建立的模型共有6482个节点,31326个单元,生成网格时利用网格生成器的扫掠和优化功能,尽量依据模型的几何外形,使网格生成的最少,兼顾了对建模准确性和计算可行性,同时又能充分满足对腰椎的生物力学研究。     

矢向轴动态椎弓根钉棒系统固定腰椎失稳有限元分析

[目的]利用有限元方法对矢向轴动态椎弓根钉棒内固定系统固定腰椎失稳模型的生物力学特性进行评价,为此动态内固定系统临床应用提供生物力学基础和理论依据.[方法]采用预先获取的健康成年中国男性志愿者的腰椎CT数据建立腰椎正常模型及L4,5失稳模型.根据矢向轴动态椎弓根钉棒系统和坚强椎弓根钉棒系统的材料参数计算和构建有限元模型,并将其导入已通过验证的腰椎失稳模型,分别构建L4,5单节段动态固定模型和坚强固定模型.约束L5椎体下终板,在轴向500N载荷和10N·m力矩下分别模拟人体腰椎正常生理轴向载荷、前屈、后伸、侧弯和旋转五种工况,分别记录4种模型轴向载荷工况下L4,5轴向位移及后四种工况下L4,5固定节段及L3,4邻近节段活动度、椎间盘应力、邻近节段小关节的应力和器械应力,并进行分析比较.[结果]矢向轴动态椎弓根钉棒系统固定失稳腰椎可让固定节段椎间关节留有大于坚强固定组、小于完整脊柱组运动范围的适当活动度,对邻近节段腰椎活动度的影响也小于坚强固定组,同时固定节段椎间盘应力较坚强固定组大,器械应力却小于坚强椎弓根钉棒系统,邻近节段腰椎间盘及椎间小关节应力也小于坚强固定组.[结论]应用矢向轴动态椎弓根钉棒系统固定失稳腰椎,既保留了腰椎固定节段适当活动性,又能提供即刻的稳定性;同时该系统与脊柱合力承担载荷,能有效避免因术后应力遮挡及器械应力集中引起的内固定失效等并发症;它也能降低邻近节段椎间盘及椎间关节的应力,对邻近节段腰椎活动度影响也较坚强固定小,理论上有利于减少和预防邻近节段退变.     

水通道蛋白1和3在腰椎间盘退变组织中的表达

背景：腰椎间盘退变由多种因素引起,水通道蛋白变化规律在腰椎间盘退变中的作用研究较少。目的：比较正常腰椎间盘组织及退变腰椎间盘组织中水通道蛋白1、水通道蛋白3的表达。方法：收集大理学院附属医院骨科手术切除腰椎爆裂骨折患者腰椎间盘组织15份,退变椎间盘组织15份,应用苏木精-伊红染色、免疫组织化学染色方法观察水通道蛋白1、水通道蛋白3的表达,测量平均吸光度值。结果与结论：苏木精-伊红染色结果显示对照组椎间盘组织结构清晰,胶原纤维走形清楚,组织轻微水肿无黏液样变,病例组组织结构模糊紊乱,胶原纤维增生粗大、走行紊乱,组织炎性水肿严重、坏死黏液样变。免疫组织化学方法显示病例组水通道蛋白1、水通道蛋白3平均吸光度值明显低于对照组（P〈0.01）,提示水通道蛋白1、水通道蛋白3减少可能是腰椎间盘退变因素之一。     

人工椎间盘置换对腰椎小关节应力影响的三维有限元分析

背景:近年来随着对脊柱生物力学研究的深入,人工椎间盘被认为是治疗腰椎退行性变较理想的方法,但目前对人工腰椎间盘的生物力学研究还非常有限.目的:建立腰椎运动节段人工椎间盘置换的三维有限元模型并进行生物力学分析,观察人工椎间盘置换对腰椎小关节应力的影响.方法:在已建立的正常腰椎运动节段三维有限元模型的基础上去除L4～5椎间盘、上下终板的有限元单元,加入SB-Chaite Ⅲ型人工椎间盘的有限元模型,保留L4～5椎间隙的纤维环及相关韧带,形成L4～5运动节段人工椎间盘置换的三维有限元模型.对三维有限元模型在垂直压缩、前屈、后伸、侧弯等不同载荷下进行生物力学分析,记录小关节的应力,并与正常运动节段三维有限元模型相应部位的应力进行对比.结果与结论:生物力学分析结果显示,人工椎间盘置换后:①垂直压缩时上下椎体、双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01).②前屈、后伸时上下椎体前、后方及双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01).③侧弯时上下椎体左右两侧及双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01).提示人工腰椎间盘置换后小关节应力可保持在正常运动节段的水平,人工腰椎间盘置换可以达到腰椎生物力学性能重建的目的.