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。     

骨盆环三维有限元模型的建立

利用螺旋CT数据通过Mimics 12.0建立具有高度几何相似性的左、右骨盆、骶骨、股骨近端复合体的面模型,利用Abaqus 6.5进行实体建模.根据各单元CT值对有限元模型进行材料属性赋值,再根据解剖部位建立骨盆主要韧带.利用有限元分析软件Abaqus 6.5对S1椎体上终板施加600 N静载荷模拟站立位骨盆受力环境,计算特征部位位移、最大应变及von Mises应力.有限元模型在静载荷下的特征部位应力、应变值基本能够反应骨盆特有的力学结构特性,模型的准确性较高.在几何外形近似的情况下,特征材料赋值建模能够提高有限元模型的汁算准确性;在有限元计算时应通过更为接近生理状况下的边界及载荷条件进行模拟以提高结果的准确性.     

三维有限元腰椎节段模型上模拟拨伸按压手法的生物力学分析

背景:应用计算机技术和有限元法对传统中医推拿手法进行研究,给传统的中医推拿手法研究注入了活力.目的:分析手法治疗腰椎间盘突出症的机制,探求符合生物力学的治疗手法,明确手法治疗腰椎疾患的安全范围.方法:选择成年无腰椎疾患的男性志愿者,年龄28岁,身高170 cm,体质量60 kg.采用CT对L3～S1进行扫描,利用ADINA5.0构件软件,并赋予不同组织不同的材料属性,建立腰椎有限元模型,设定腰椎水平位、后伸10°位、前屈30°位状态,加载拔伸按压载荷,观察腰椎间盘、髓核和纤维环的受力改变情况.结果与结论:在拔伸按压状态下,腰椎前屈30°椎间盘组织的位移应变和应力变化最明显,提示在设定的条件下手法治疗腰椎疾患是安全的.     

肱骨远端三维有限元模型的建立及生物力学分析

背景:采用有限元分析法进行骨与关节的生物力学分析得到了广泛应用,但是关于肱骨远端的有限元分析较少,且所建模型粗糙,方法繁琐.目的:建立肱骨远端的三维有限元模型,并模拟不同受力状态下的应力分布及应变特征. 方法:通过对正常成年男性肘关节的多排螺旋CT扫描,获得连续断层图片,导入Mimics医学建模软件生成实体模型后,应用大型通用有限元分析软件ANSYS 10.0,进行网格划分、材料属性赋值生成有限元模型.约束边界条件,模拟肱骨远端轴向受力,得出肱骨远端有限元模型上的应力分布与应变结果.结果与结论:建立的肱骨远端有限元模型总单元数为6 292,总节点数为10 232.肱骨远端在轴向载荷状态下的应力集中主要位于内、外侧柱区域.提示建立的有限元模型精确度高,符合肱骨远端的临床特点,较好地模拟了肱骨远端的生物力学特性.     

坐位骨盆的三维有限元分析

背景:由于骨盆具有复杂的结构,目前对于坐位骨盆的生物力学研究较少,有限元法日益成为骨盆生物力学研究的重要手段.目的:以有限元法研究成人正常静态坐位骨盆应力分布.方法:获取正常成年女性全骨盆CT扫描图像,利用CT数据通过Mimics 10.0对图像数据进行重建,利用Geomagic,Proe5.0进行实体建模,输入ANSYS.再根据解剖部位建立骨盆主要韧带.对S1椎体上终板施加600 N静载荷模拟坐位时骨盆受力环境,计算该加载方式下骨盆的应力、应变及位移的分布情况.结果与结论:垂直加载600 N载荷于骶骨上表面时重力由骶骨经骶髂关节向下传递,到达坐骨结节.此时的坐骨结节处承受较大压应力.有限元模型在静载荷下的特征部位应力、应变值基本能够反应骨盆特有的力学结构特性,模型的准确性较高.计算结果与文献中报道的结果相近,建立的人体全骨盆三维有限元模型较客观地反映人体骨盆的解剖结构和力学特性,可作为骨盆生物力学研究的工具及满足临床研究的需要.     

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。     

一种基于影像特征经皮椎体成形术生物力学稳定性评估的有限元模型

背景: 生物力学研究表明椎体成形术在注入骨水泥后单个骨质疏松椎体的硬度和强度有很大的增长, 但对于保持椎体力学稳定性所需骨水泥的体积和其注入位置还有待进一步研究。目的: 通过参数有限元模型比较椎体成形手术腰椎 L1- L2 的生物力学稳定性评估椎体成形术的有效性。设计: 非随机对照观察。单位: 北京神经外科研究所。材料: 选择 1 例 54 岁女性骨质疏松性导致腰椎 L1- L2 压缩性骨折患者, 经 CT 确诊, 该患者对实验项目知情同意。通过椎体成形手术前后CT 扫描, 分别得到了各 90 张连续切片, 层厚 1 mm, 每个像素的尺寸是 0.33 mm。方法: 实验于 2005- 10/2006- 06 在北京神经外科研究所完成。①三维有限元模型的创建: 通过整合 CT 和 MRI 图像的解剖结构, 建立了一种腰椎功能性脊椎单元的三维几何模型, 基于该几何模型对搜集到 90 张连续 CT 切片数据进行转换并对图像进行分割, 创建两种分别表示患者通过椎体成形手术前后的 L1～2 段椎体三维有限元模型。②模型评估: 在模型 L1 椎体的上表面分别施加 500,1 000,1 500,2 000,2 500 N 的轴向负载,观察有限元模型腰椎 L1～2 段的位移、应力、应变的分布变化情况; 观察骨水泥体积的增加对有限元椎体模型位移、应力、应变的分布的影响。主要观察指标: ①不同负载下有限元模型腰椎 L1～2 段的位移、应力、应变的分布变化情况。②骨水泥体积的增加对有限元椎体模型位移、应力、应变的分布的影响。结果: ①在轴向负载下 L1～2 段的应力应变随着负载的增大而增大, 在椎间盘的右侧部有很大的应力应变集中。而这一区域也是在负载情况下经常发生损伤的部位。在椎间盘上应力的大小取决于应用于椎体单元负载的大小。负载越大, 应力越大。②通过椎间盘上接触应力的增加, 随着骨水泥体积的增加导致了临近椎体的负载转移。结论: 建立了椎体成形手术前后 L1～2 段椎体三维有限元模型, 在有限元模型上计算腰椎 L1～2 相对位移可以说明椎体三维的生理状态。这一仿真计算也能清楚地显示椎体应力应变的分布和术前术后的变形。     

以三维有限元模型分析短节段腰椎椎弓根螺钉系统固定后螺钉应力的分布

背景:作者未查及生理负荷状态或接近生理负荷状态下下腰椎非融合状态时螺钉应力分布的文献报道.目的:建立L3-5节段二维有限元模型,观察前路L4/5椎弓根螺钉内固定后的应力特点.设计、时间及地点:三维有限元模型的生物力学分析,于2008-01/06在南方医科大学珠汀医院骨科实验室完成.材料:采集1名32岁男性青年自愿者的正常腰椎螺旋CT层厚0.625 mm的连续水平扫描图像.方法:将CT扫描所得的数据以Dicom格式转入计算机,借助Mimics 11.1软件,建立L3～5节段的几何模型.将几何模型转入Simpleware2.1软件,同时将椎弓根螺钉系统以STL格式转入Simpleware软件进行匹配,模拟L4/5椎间椎弓根螺钉内固定,从而建立有限元模型,导入Abaqus 6.51进行分析,在L3上表面施加500 N压力模拟轴向压缩、再施加15 N·m的力矩模拟腰椎前屈、后伸、侧届和旋转等各种生理载荷,观察不同载荷下螺钉的应力分布.主要观察指标:椎弓根螺钉在轴向压缩、前屈、后伸、侧屈和旋转等各种生理载荷下的应力云图和峰值.结果:椎弓根螺钉在下办螺钉钉尾部应力集中明显;在各种加载运动模式中,下方螺钉钉尾部应力值在轴向压缩载荷下最小,在旋转时最大.结论:在模拟正常腰椎活动情况下,仅予以腰椎椎弓根螺钉系统固定情况下,螺钉疲劳断裂的部位易发生在下方螺钉钉尾部,融合相应节段可减少因螺钉应力集中引起的螺钉疲劳断裂.     

肱骨远端三维有限元模型的建立及生物力学分析

背景：采用有限元分析法进行骨与关节的生物力学分析得到了广泛应用,但是关于肱骨远端的有限元分析较少,且所建模型粗糙,方法繁琐。目的：建立肱骨远端的三维有限元模型,并模拟不同受力状态下的应力分布及应变特征。方法：通过对正常成年男性肘关节的多排螺旋CT扫描,获得连续断层图片,导入Mimics医学建模软件生成实体模型后,应用大型通用有限元分析软件ANSYS10.0,进行网格划分、材料属性赋值生成有限元模型。约束边界条件,模拟肱骨远端轴向受力,得出肱骨远端有限元模型上的应力分布与应变结果。结果与结论：建立的肱骨远端有限元模型总单元数为6292,总节点数为10232。肱骨远端在轴向载荷状态下的应力集中主要位于内、外侧柱区域。提示建立的有限元模型精确度高,符合肱骨远端的临床特点,较好地模拟了肱骨远端的生物力学特性。     

坐位骨盆的三维有限元分析

背景：由于骨盆具有复杂的结构,目前对于坐位骨盆的生物力学研究较少,有限元法日益成为骨盆生物力学研究的重要手段。目的：以有限元法研究成人正常静态坐位骨盆应力分布。方法：获取正常成年女性全骨盆CT扫描图像,利用CT数据通过Mimics10.0对图像数据进行重建,利用Geomagic,Proe5.0进行实体建模,输入ANSYS。再根据解剖部位建立骨盆主要韧带。对S1椎体上终板施加600N静载荷模拟坐位时骨盆受力环境,计算该加载方式下骨盆的应力、应变及位移的分布情况。结果与结论：垂直加载600N载荷于骶骨上表面时重力由骶骨经骶髂关节向下传递,到达坐骨结节。此时的坐骨结节处承受较大压应力。有限元模型在静载荷下的特征部位应力、应变值基本能够反应骨盆特有的力学结构特性,模型的准确性较高。计算结果与文献中报道的结果相近,建立的人体全骨盆三维有限元模型较客观地反映人体骨盆的解剖结构和力学特性,可作为骨盆生物力学研究的工具及满足临床研究的需要。     

Mckenzie疗法配合推拿与关节松动术治疗腰椎间盘突出症的疗效观察

目的 :探索麦肯基 (Mckenzie)疗法配合推拿与关节松动术治疗腰椎间盘突出症的临床疗效。方法 :将 5 6例患者随机分为试验组和对照组 ,试验组采用Mckenzie疗法配合推拿、关节松动术、腰椎牵引进行治疗 ,对照组采用理疗 (超短波、中频电疗 )配合腰椎牵引进行治疗。结果 :试验组腰椎功能治疗后评分和改善指数明显高于对照组 (P <0 0 1)。结论 :麦肯基 (Mckenzie)疗法配合推拿与关节松动术治疗腰椎间盘突出症疗效好、病人适应强。     

有限元分析在中医正骨手法治疗腰椎疾病作用机制中的应用

背景:有限元分析方法探讨中医正骨手法治疗腰椎疾病过程中腰椎生物力学变化的特点及作用机制,将其转变为数字化结果显示,研究手段具有先进性,是数字化骨科研究的有效方法。目的:对有限元分析法研究中医正骨手法治疗腰椎疾病与损伤的作用机制进行总结。方法:应用计算机检索2000-01/2011-10PudMed、CNKI数据库、万方数据库、维普数据库及中华医学会数字期刊数据库及Google网络数据库中医正骨手法治疗腰椎疾病过程中腰椎生物力学变化特点及作用机制的相关文章,检索词"3-D finite element analysis mothed,lumbar disease,bonesetting massage manipulation"或"三维有限元分析法,腰椎疾病,正骨手法"。共检索到文献92篇,最终纳入符合标准的文献37篇。结果与结论:腰椎三维有限元模型的建立,能更好地模拟各种腰部手法的临床状态,可以得到与生物力学实验基本一致的结果,并且通过计算机图形图像技术将结果定性、定量、直观的显示出来。但是国内外目前对中医正骨手法作用机制及生物力学特性、临床量化和评价标准的有限元分析的相关研究较少,仍然不够深入。文章深入研究中医正骨手法治疗腰椎疾病与损伤的作用机制并进行数字化分析,为临床应用提供力学依据、量化及优化的理论与实验依据研究的新思路。     

植入人工腰椎间盘后小关节应力分布的有限元分析

背景目前所使用的人工椎间盘结构、材料特性及生物学特性等与正常生理的椎间盘有着很大区别,因此,人工椎间盘植入后相应脊柱节段的应力传导将发生一定的变化.目的通过三维有限元的方法研究正常椎间盘、髓核摘除、人工腰椎间盘三组小关节的应力分布,探讨人工腰椎间盘植入对小关节应力分布的影响.设计观察对比实验.单位中山大学附属第三医院骨科、附属第二医院骨科及南方医科大学生物力学实验室.对象以健康人意外死亡的无任何脊柱疾患的脊柱标本(家属志愿捐献)建立起脊柱运动节段的有关正常椎间盘、人工椎间盘、髓核摘除的三种三维有限元模型作为实验对象.方法利用有限元软件MSC.MARK,建立正常椎间盘模型,高度为10.00 mm,横截面积1 300.00 mm2,髓核横截面积495.80 mm2;髓核摘除模型,将髓核内压取值为零;人工腰椎间盘及L4-5运动节段的三维模型,小关节高度10.53mm,宽度13.37mm,关节面面积135.00mm2.然后模拟腰椎节段的运动,进行小关节应力分布的比较研究.主要观察指标上述三种椎间盘的运动节段模型在6种运动状态下小关节应力大小的比较.结果髓核摘除组小关节的上边缘部、后中部、下边缘部和前中部在前屈、后伸、压缩、侧屈、旋转状态应力最大,人工腰椎间盘组的小关节的应力比正常椎间盘高,但明显小于髓核摘除组,但正中部在旋转状态下,人工腰椎间盘小关节的中心部位承受的应力最大.结论人工腰椎间盘植入后与髓核摘除组相比可降低小关节的应力,但仍高于正常的腰椎间盘组;人工腰椎间盘组的抗旋转能力明显低于正常腰椎间盘组和髓核摘除术后组,由此可见,目前的人工腰椎间盘具有腰椎间盘大部分的力学功能,与真正的腰椎间盘仍有差别.     

有限元分析显微镜下不同比例髓核摘除后的腰椎力学特征

背景：国内腰椎髓核摘除后有限元模型多是建立在正常椎体模型的基础上,去除了完整的髓核组织,但是没有考虑到实际手术过程中髓核只是部分摘除以及椎板开窗同时对脊柱力学产生的影响。 目的：精确建立腰椎L4/5节段显微镜辅助下不同比例髓核摘除模型,比较髓核摘除前后的力学特征。 方法：选择1例腰间盘突出症患者,获取术前CT数据构建有限元模型并验证其有效性,再获取术后CT数据并构建显微镜辅助下椎板单纯开窗、开窗＋髓核摘除1/3及开窗＋髓核全部摘除共4种模型,给予特定加载条件下比较其在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6种载荷下的生物力学特征。 结果与结论：精确构建了显微镜下不同比例髓核摘除后腰椎的有限元模型。通过力学特征分析得知,显微镜下不同比例髓核摘除后腰椎在屈伸状态下的稳定性明显降低,应力趋向关节突、椎板峡部等后柱结构集中,在屈伸及椎板开窗对侧弯曲活动时影响较大,髓核摘除程度与其影响有关。     

腰椎滑脱不同融合术式的三维有限元研究

目的通过建立腰椎后路椎间(PLIF)和后外侧(PLF)两种融合术的三维有限元模型,比较并判断融合后融合节段的稳定性以椎弓根螺钉和融合器上的应力及椎体位移有无显著性差异。方法利用健康志愿者L1～L5CT扫描的DICOM数据,通过计算机软件重建腰椎模型,进行有限单元网格划分,在腰4/腰5间置入椎弓根钉内固定系统,然后分别在椎间置入融合器生成腰椎后路椎间融合术式三维有限元模型,在横突间植入自体骨生成腰椎后外侧融合术式三维有限元模型。通过对模型进行轴向加压、前屈,后伸、侧弯及轴向扭转五种加载方法进行实验。结果建立L4/L5腰椎滑脱模型及后路腰椎椎间融合及腰椎后外侧融合的有限元模型,①观察对模型分别施加轴向压缩、侧弯、前屈、后伸、旋转载荷,PLF应力多集中在椎弓根钉与钛棒连接处、PLIF内固定系统应力为Cage所分散,未见明显应力集中;②对比在五种载荷下两种不同内固定位移PLIF组均小于PLF,P0.05。结论①建立了L4/L5滑脱不同后路融合术式的三维有限元模型。②在前屈、后伸、压缩、侧弯及扭转载荷下,相比PLF,PLIF位移更小,证实椎体间融合的稳定性优于和椎弓根螺钉内固定加后外侧植骨融合;③PLF应力多集中在椎弓根钉与钛棒连接处、PLIF内固定系统应力为Cage所分散,未见明显应力集中。     

针刀联合理疗、按摩治疗腰椎间盘突出症的临床效果

目的分析针刀联合理疗、按摩治疗腰椎间盘突出症的临床效果。方法选择2017年11月至2019年10月在我院就诊的90例腰椎间盘突出症患者作为研究对象,按照随机数字表法将其分为对照组和观察组,每组45例。对照组实施理疗联合按摩治疗,观察组在对照组基础上加用针刀治疗。比较两组患者的腰痛情况、腰椎功能障碍、腰椎情况及临床疗效。结果治疗后,观察组的M-JOA评分、RMDQ评分、突出物大小、椎体滑动度均优于对照组,椎间隙高度及治疗总有效率高于对照组(P<0.05)。结论应用针刀联合理疗、按摩治疗腰椎间盘突出症的效果显著,能有效缓解患者腰痛症状及腰椎功能障碍,有利于患者康复。     

下腰痛的家庭康复训练介绍

Background:Low back pain is a common and frequent disease,often with severe ischialgia neuralgia.Besides normal ambulatory treatments such as traction of lumbar vertebra, computer middle frequent and massage,training of lumbodorsal myodynamia of family auxiliary treatment is very essential.Placing a supplementary instrument made by ourselves below low back,lying several hours,making lumbar vertebral slide forward and resume the normal biomechanics relations of lumbar vertebra by strenthening physiological lordosis.Improve the pathologic change of joint capsules,ligaments and muscles and alleviating secondary ischialgia neuralgia,changing lumbodorsal appearance.     

骨质疏松骨折椎体及相邻椎体骨水泥注入前后的有限元分析

背景：目前有限元构建模型主要是基于医学图像的建模方法,骨水泥注入主要是人为假设的,而文章中治疗前后的数据直接来源于CT扫描,可靠性更高. 目的：构建骨水泥注入前后骨质疏松性腰椎骨折椎体的三维有限元模型,分析治疗前后病椎及邻椎的应力变化. 方法：选取1例75岁骨质疏松性L2椎体压缩性骨折患者,经双侧椎弓根注入少量骨水泥获得良好疗效,随访2年病椎及邻椎无新发骨折,局部无疼痛.根据其治疗前后的腰椎CT数据,构建三维有限元模型,模拟腰椎屈伸、左右侧屈、旋转等运动,统计分析治疗前后同一运动状态下的应力变化. 结果与结论：建立了腰椎压缩骨折骨水泥注入前后的三维有限元模型,共生成222727个单元.骨水泥注入增加了L2椎体（病椎）屈、伸、侧屈各运动时的应力（P 〈0.05）,对其旋转时的应力无明显影响（P 〉0.05）;对L1,L3椎体（邻椎）在屈、伸、侧屈及旋转时的应力亦无影响（P 〉0.05）.提示少量骨水泥注入治疗老年骨质疏松性腰椎骨折可增加病椎强度及应力,但不改变相邻椎体应力.     

Regressionally determined vertebral inclination angles of the lumbar spine in static lifts

OBJECTIVE: Our previous study has developed the non-invasive models to predict the vertebral inclination angles by relating the external stick marker angles and radiographic measurements during trunk flexion. Based on these models, the present study attempted to further predict the inclination angles using externally measured body posture (i.e., lumbar posture, trunk flexion angle, knee angle) as well as load handling. DESIGN: Prediction models of the vertebral inclination angles were developed with a stepwise regression technique. This was done by selecting related postural variables as well as load handling as predictors. BACKGROUND: The technique of skin-surface stick marker has been investigated for measuring vertebral inclination angles. This technique, however, is rarely systematically validated by radiographic measurement because of concerns over radiation exposure, especially for ergonomical purposes. METHODS: Twelve healthy men aged 22-31 years were recruited in the experiment. The angles of the vertebral markers and subject's posture were recorded videographically as the subject performed a given task. Prediction models were then developed to express the relationships between the vertebral inclinations and the lifting postures. RESULTS: The prediction models revealed that the lumbar posture (lordosis or kyphosis) had a statistically significant effect on these inclination angles. Non-linear first-order regression models of the torso angle and the pelvic angle were fit to the transformed vertebral inclination angles (transformed from external stick marker angle), with resulting R(2) values between 0. 86 and 0.92. CONCLUSIONS: These findings indicate that the vertebral inclination angles can be calculated easily and with relative accuracy on the basis of the externally measured torso and pelvis angles. RELEVANCE: Measurements of lumbosacral vertebral inclination angles are important in assessing low back stress during lifting. In this study, we used a regression approach to model these angles of the lumbar/sacrum spine in different lumbar postures in the sagittal plane. Our data suggest that the vertebral inclination angles can be calculated easily. These models may be useful to the low back stress evaluation and job design through a biomechanical analysis.