基于多刚体力学模型腰椎推拿斜扳法的优化

目的 综合考虑推拿的有效性和安全性,提出一种评价振荡激励和脉冲激励腰椎推拿斜扳法优劣的方法,并对振荡激励腰椎推拿斜扳法进行优化。方法 建立多刚体胸-腰椎生物力学模型,手法作用力作为模型的输入力,运用MATLAB/Simulink进行仿真,模拟得到腰椎各节段位移和加速度随时间变化的情况,对腰椎推拿手法行优化时,改变推拿作用力的核心要素频率f和操作次数n,比较腰椎各节段最大相对位移和最大加速度,并提出一种新的指标z,对推拿手法的有效性和安全性进行综合评价。结果 两种激励腰椎推拿斜扳法作用时,腰椎各节段最大相对位移没有差异;振荡激励腰椎推拿斜扳法作用时,腰椎各节段的最大加速度均明显小于脉冲激励腰椎推拿斜扳法作用时的最大加速度。当f=1～2.5 Hz时,推拿整体效果比较好,且整体效果与操作数无关,推拿作用力持续1个操作数即可;当f=3.33 Hz,n≥5时,推拿治疗效果最好,但此时腰椎各节段承受力也相对较大;当f≥5 Hz时,推拿整体表现不佳。结论 振荡激励腰椎推拿斜扳法比脉冲激励腰椎推拿斜扳法更安全,研究结果为医生提供一个比较合理的振荡激励腰椎推拿斜扳法操作参数的范围。     

不同运动状态下模拟人体腰椎结构特征变化的有限元分析

目的比较不同运动状态下正常与退变腰椎节段三维有限元模型的应力变化特点及量效关系,分析中医推拿手法对退变腰椎节段力学调衡作用机制。方法建立完整、真实人体脊柱退变腰椎节段(L4~5)三维有限元模型,模拟腰椎节段前屈与后伸的生理活动。在加载外力即中医推拿手法作用下,分析退变腰椎节段的应力变化特点以及外加载荷逐渐递增过程中退变腰椎节段的应力变化,并与正常腰椎节段在不同运动状态下的应力、应变改变趋势进行对比。结果在不同运动状态下,人体腰椎节段椎间盘内应力分布、髓核、纤维环等结构的弹性模量随着腰椎退变程度的增加呈逐渐增大的趋势。中医推拿手法作用后能改变椎间盘内的应力分布,一定程度地增大椎管内的空间,使神经根所受的应力减小,椎体、小关节应力、椎弓根应力后伸位大于前屈位;椎间盘内部应力前屈位大于后伸位;且均由上至下呈逐渐增大的趋势。结论中医推拿手法对人体退变腰椎节段力学环境的调衡起到改善和治疗腰椎间盘病变的目的。同时,与人体正常腰椎节段三维有限元模型对比,从生物力学环境与特性改变角度研究腰椎退变的过程,能够为中医推拿手法在临床中预防和治疗脊柱退行性疾病的推广应用提供科学依据,也为中医推拿手法有效地预防和治疗脊柱腰椎节段病损的生物力学机制的研究提供新研究思路。     

中医斜扳疗法治疗腰椎间盘突出的生物力学研究

目的对椎间盘突出等腰椎病中医推拿斜扳疗法进行生物力学建模分析研究,比对脉冲激励的传统斜扳法和简谐激励的改良斜扳法两种不同手法的力学特性。方法假设椎骨为刚体,椎间盘及周围韧带等软组织为黏弹性体,建立模拟L1～5的5自由度振动系统,对基本方程进行解析求解。结果简谐激励改良斜扳法的疗效与频率有关。在频率≤1的简谐激励改良斜扳法作用下,病变节段最大位移都大于脉冲激励传统斜扳法下的最大位移。随着病变位置下移,简谐激励改良斜扳法的损伤比相比脉冲激励传统斜扳法逐渐下降,安全性增高。结论使用频率≤1的简谐激励改良斜扳法,治疗效果优于脉冲激励传统斜扳法,且可控制损伤。     

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。     

提拉旋转斜扳法操作时腰椎椎间盘应力及应变的有限元研究

目的　通过有限元分析方法,观察提拉旋转斜扳法操作时椎间盘应力及应变发生的变化规律,探寻手法治疗腰椎疾患的科学性和安全性。 方法　在构建的L4~5节段腰椎模型上模拟加载提拉旋转斜扳手法,观察手法作用过程中椎间盘应力的分布及变化,髓核及纤维环的位移及应变。 结果　椎间盘应力变化从右后方开始出现,以弧形向周围传递扩散,应力的变化呈递减分布。椎间盘应变最小的位置在髓核偏后,以此为中心呈圆弧状向周围递增。应变最大的位置主要发生于纤维环,特别是椎间盘右侧外缘。 结论　手法操作中应力主要集中于后侧关节突关节,椎间盘的应力变化相对较小,提示手法治疗是安全的。纤维环后外侧在操作中有较明显的应变,局部的位移变化可能是手法疗效的机制之一。     

腰椎小关节不对称与椎间盘及小关节退变的关系

背景：腰椎小关节不对称与椎间盘退变程度之间的关系一直存在争议,并且国内在下腰痛患者中对小关节不对称与小关节退变程度之间关系的研究较少。 目的：调查分析腰椎小关节不对称在腰椎间盘退变与小关节退变过程中的作用。 方法：测量312例下腰痛患者共936个脊柱功能单位的小关节角度差值,差值<7°定义为小关节对称,差值≥7°定义为小关节不对称。对936个脊柱节段的椎间盘退变程度及小关节退变程度进行分级。 结果与结论：①小关节是否对称在年龄及性别上差异无显著性(P > 0.05)。②小关节不对称与椎间盘退变程度之间无显著关联(P > 0.05)。③在L4~L5节段小关节不对称组比小关节对称组的小关节退变程度更重(P < 0.01)。提示小关节不对称与椎间盘退变无明显影响,但在腰椎活动度最大的L4~L5节段,小关节不对称可能会引起小关节的退变。     

坐位旋转手法对腰椎内在应力的实时监测

目的：研究坐位旋转手法时对腰椎内在应力分布的特点。方法：使用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：正常腰椎在旋转手法作用时应力主要集中在椎体、终板和椎间盘处。退变腰椎在手法作用时应力主要集中在L4小关节的下关节突和椎弓，且应力分布集中。结论：(1)坐位腰椎旋转手法时，对于正常腰椎应力主要作用于椎体、终板和椎间盘等前部结构。(2)对于退变腰椎，应力主要作用于后部结构，并且所受应力分布集中，易损伤小关节、椎弓。     

腰椎定点旋转手法操作中拇指推力的有限元分析

背景：腰椎定点旋转手法操作过程中需要医生双手协同操作，进而输出旋扳力和拇指推力，通过对椎间盘产生位移和调节应力分布来治疗腰椎间盘突出，但是对于拇指推力的力学作用及其加载方向对手法效应的生物力学影响目前尚不清楚。目的：比较拇指不同推力方向下，腰椎定点旋转手法治疗腰椎间盘突出的生物力学差异。方法：构建L3-5正常三维有限元模型并进行有效性验证，然后参考椎间盘退变Pfirrmann分级，通过修改L4/5椎间隙高度、髓核体积以及纤维环、髓核、韧带材料参数来模拟椎间盘退变，最终构建L4/5椎间盘中度退变伴左旁中央型突出病理模型；然后以病理模型为研究对象，模拟手法向右侧旋扳，以改变拇指推力方向为条件，建立3种操作模式(M1：拇指向左推；M2：拇指向右推；M3：不施加推力)，对比3种操作模式下突出物的位移和椎间盘应力，以及小关节软骨的应力、应变。结果与结论：(1)L4/5椎间盘突出物最大位移值：M1位移为2.672 3 mm,M2为1.1561 mm,M3为1.826 4 mm,M1>M3>M2；(2)L4/5椎间盘最大Von Mises应力：M1为1.846 7 MPa,M2为0.41...     

基于CAD技术的个体化退变腰椎有限元模型库的建立

目的根据退变腰椎的形态特征,采用计算机辅助设计（computer aided design,CAD）方法精确建立不同形态改变的退变腰椎L4-L5运动节段三维有限元模型。方法采用改良的“非种子区域分割”以及非平行“最佳切割平面”等一系列新型CAD方法精确建立包括终板凹陷角、椎间盘高度、腰椎小关节角及椎间盘前凸角改变的L4-L5节段表面模型基本“结构模块”,表面模型数据导入ANSYS获得各“结构模块”有限元模型后,通过界面间的拼接粘贴构建不同形态改变的退变腰椎有限元模型并进行充分加载验证。结果所构建的有限元模型包含L4-L5节段所有重要解剖结构,正常和退变腰椎有限元模型预测结果与体外实验生物力学研究结果相符合。结论基于CT数据的新型CAD方法实现了个体化退变腰椎有限元模型库的建立。     

腰椎后部结构的运动学分析

以人体完整腰椎作为实验标本，设计和应用平行光三维运动测量系统，获得各向运动时腰椎后部结构特定点的三维运动参数。通过载荷－位移曲线分析，发现腰椎后部结构重要部位的立体运动规律。右旋时右侧腰４下关节突的相对运动是后移０．６ｍｍ；上移１．０ｍｍ和右移３．０ｍｍ，扩大了腰５神经根管的容积。前屈时，无论那一个腰椎节段，均发生向前、上方的运动，侧向移位较。老年腰椎标本不同节段的主运动轴在Ｘ和Ｚ轴不规律更换，加载过程中位移量变化较中青年标本大，这与标本的退变和稳定性变化有关。     

后路椎间融合术后全腰椎模态分析

目的研究日常生活中振动环境对后路椎间融合术患者的影响。方法建立正常全腰椎和固定L4～5节段全腰椎有限元模型,在L1上终板添加40 kg质量点,并进行模态分析。结果与正常全腰椎相比,后路椎间融合术后全腰椎的各阶共振频率均降低,对应振型的主运动也发生改变;术后模型第1、2阶固有频率分别为2.94、3.81Hz,均接近日常生活中的振动频段;在前3阶振型中,术后模型L2和L3节段后部单元振幅均增大,增大了该部位术后退变的风险,L3～4节段椎间盘振幅明显增大,特别是该椎间盘靠近L3节段的部分,可能会增大其应力和应变,进而加速其退变。结论基于后路椎间融合术后腰椎的模态分析,研究融合术后腰椎振动特性的变化,为术后患者恢复和健康生活提供一定理论指导。     

腰椎融合及植入物内固定后滑脱腰椎的椎体稳定性

背景：腰椎滑脱症的治疗目的是重建脊柱序列和椎体稳定性,解除神经压迫,达到永久腰椎融合的作用。 目的：探讨腰椎滑脱症患者腰椎融合及植入物内固定后椎体稳定性的恢复。 方法：腰椎滑脱症最常采用Wiltse分型将其分为发育不良性、峡部裂性、退变性、创伤性以及病理性,将腰椎侧位X射线片的上位椎体相对于下位椎体的滑移程度分为5级,根据腰椎滑脱症患者的分型和分级以及患者具体情况选择适宜的治疗方式。 结果与结论：坚强融合内固定,植入物与椎体间是刚性连接,常用来稳定脊柱、矫正畸形,骨融合率较高,减少了假关节形成。动态融合内固定是用弹性材质或微动装置分散坚强内固定负荷传导,减少应力遮挡效应及邻近节段的应力集中。动态非融合内固定能改变脊柱运动节段的负荷传递方式,阻止脊柱运动,预防邻近节段退变,使失稳的腰椎达到其正常状态的活动特性,实现动态重建腰椎序列。峡部关节缺损部位直接修复植骨,适用于青壮年有症状不伴有退行性椎间盘疾病的滑脱患者。腰椎滑脱症选择哪种材料植骨和植骨部位以及哪种入路方法融合和植入物内固定可以得到理想的融合内固定效果一直是学者们争论的焦点,目前尚未达成统一。     

腰椎退变与不稳的影像学研究

目的：探讨椎间盘退变、小关节骨关节炎与腰椎退变性不稳3者之间的关系。方法：分析120个下腰痛患者的核磁共振影像与脊柱功能位X线片，腰椎不稳分为成角不稳，旋转不稳和水平不稳；椎间盘退变根据T2加权相被分为5级；小关节骨关节炎在T1加权相上被分为4级。结果：椎间盘退变程度和年龄成正相关，差异有显著性意义（P〈0．01）；有26．8％（93个）节段出现腰椎不稳，其中以椎间盘退变程度为1，2级的节段最为多见，与其他各级相比差异有极显著性意义（P〈0．01）；椎间盘退变和小关节骨关节炎呈正相关（J=0．937，P〈0．05），向前水平不稳和椎间盘退变和小关节骨关节炎明显相关，差异成极显著性（P〈0．01）。结论：放射影像测量的腰椎不稳定和小关节骨关节炎和椎间盘退变有明确的相关性。     

腰椎间盘置换对腰椎前凸的影响

背景：人工全椎间盘置换是近年来治疗腰背部疼痛可选择的方法之一,但有关置换后对腰椎矢状面影响的报道较少。 目的：分析腰椎间盘置换后对腰椎前凸的影响。 方法：回顾性分析17例曾因单节段退变性椎间盘疾病行腰椎间盘置换的患者影像学资料,数据测量包括置换前及置换后腰椎前凸角、病变节段前凸角、腰骶椎间角。 结果与结论：17例患者随访均12个月以上。行椎间盘置换的患者中L_4-5节段病变3例,L₅-S₁节段病变14例。与椎间盘置换前相比,椎间盘置换后平均病变节段前凸角、腰椎前凸角均显著增加(P < 0.05);与椎间盘置换前相比,假体置入后腰骶椎间角增加,但差异无显著性意义。结果提示,对于单节段退变性椎间盘疾病腰椎间盘置换后有助于增加患者腰椎前凸和病变节段前凸角度,有助于改善患者腰椎矢状面平衡。置换后腰骶椎间角与置换节段假体置入角度无关。     

腰椎小关节退变的相关因素及生物力学特点

文题释义：腰椎小关节：为相近节段腰椎上位椎体的下关节突与下位椎体的上关节突组成的腰椎后外侧关节,将一个腰椎的椎弓与相邻腰椎的椎弓相连,在腰椎运动中占据着重要的地位。 生物力学：是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支,研究范围从生物整体到系统组织,其研究重点是与生理学、医学有关的力学问题。 背景：腰椎小关节退变近年来成为学者们研究的重点,认识腰椎小关节退变的危险因素对于预防以及减少脊柱损害具有关键性作用,并且了解其解剖结构对于治疗脊柱相关疾病及手术实施有着重要的指导意义。 目的：简述腰椎小关节解剖学、组织学特性,总结能够引起腰椎小关节退变的相关危险因素。 方法：利用计算机检索CNKI、万方、维普、PubMed、Elsevier和Web of Science数据库2018年3月至2019年9月有关腰椎小关节退变的文章,检索词为“腰椎小关节,关节囊,关节面方向,神经支配,骨性关节炎,生物力学,下腰痛,椎间盘退变,腰椎滑脱,腰椎退行性脊柱侧弯,lumbar facet joint,joint capsule,articular direction,eneurosis,osteoarthritis,biomechanics,low back pain,intervertebral disc degeneration,umbar spondylolisthesis,lumbar degenerative scoliosis”。查阅相关文章,包括综述、基础研究及临床研究,通过阅读标题及摘要进行初步筛选,排除与主题相关度低的文献,最终共纳入60篇文献进行结果分析。 结果与结论：①腰椎小关节退变的主要危险因素包括年龄、性别、异常应力、关节面方向、关节不对称性、腰椎节段和椎间盘退变;②关节退变后会导致下腰痛、椎间盘退变、腰椎滑脱、退行性脊柱侧弯等临床疾病的发生和发展,严重影响患者的日常生活和工作,降低生活质量。因此,腰椎小关节在脊柱相关疾病的治疗中不应该被忽视。 ORCID: 0000-0002-5700-8674(文王强) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

轴向振动时节段曲度对腰椎间盘应力演化的影响

研究人体腰椎运动节段承受长期轴向振动载荷时节段曲度对腰椎间盘应力演化的影响。基于人体腰椎L4～5节段CT扫描数据,建立人体腰椎L4～5节段的有限元模型。对腰椎间盘赋予多孔材料属性,并验证有限元模型的有效性。基于有限元模型,模拟L4～5节段以3种不同节段曲度(中立位、伸展2°、弯曲2°)承受时长为1 000 s的轴向振动的过程,得到这3种节段曲度下腰椎间盘的应力演化情况。各个曲度下腰椎间盘纤维环部分的峰值轴向应力均出现在其后外侧。在受载过程中,各个曲度下纤维环峰值轴向应力均呈非线性增大,且增速不断减小,至1 000 s时已趋于稳定。1 000 s时,伸展2°下纤维环峰值轴向应力比中立位下大39%,比弯曲2°下大109%。在受载过程中,各个曲度下髓核轴向应力亦呈非线性增长,增速不断减小。1 000 s时,伸展2°下髓核的轴向应力略小于其他两种情形。当L4～5节段以伸展2°的状态受载时,腰椎间盘受到的损伤最为严重;而当其以弯曲2°的状态受载时,腰椎间盘受到的损伤最小。当长时间处于全身振动条件下时,应尽量避免使腰椎处于向后伸展的姿态,而腰椎的小幅前屈可以保护腰椎间盘。     

腰椎融合术前邻近节段退变对术后ASD影响的研究现状与进展

腰椎融合术是治疗腰椎退行性疾病的标准术式,融合术后邻近节段退变(adjacent segment degeneration,ASD)加速受到广泛关注。术前已存在的邻近节段退变已被大部分学者认为是术后ASD的重要危险因素之一,是近十年来研究的热点。本文综述了术前已存在的邻近节段退变对术后ASD影响的研究现状与进展,希望利于脊柱外科医生全面评估术前邻近节段退变,选择合理的手术方式,进而减缓术后ASD的发生。