本文關(guān)鍵詞：上頸椎失穩(wěn)的動(dòng)態(tài)三維仿真模型建立及有限元分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：研究背景上頸椎失穩(wěn)是脊柱科臨床常見的一種疾患,可引起一系列臨床癥狀,是脊柱疾患研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。上頸椎失穩(wěn)與脫位相比較,其區(qū)別主要在于失穩(wěn)的程度。上頸椎失穩(wěn)發(fā)生于運(yùn)動(dòng)過程中,造成了影像學(xué)診斷的困難。中醫(yī)學(xué)早已認(rèn)識(shí)到上頸椎失穩(wěn)的存在,將其歸為“骨錯(cuò)縫、筋錯(cuò)槽”范疇。在臨床實(shí)踐中,中醫(yī)手法治療上頸椎失穩(wěn)具有良好的療效。因缺乏基礎(chǔ)研究支持,上頸椎失穩(wěn)的生物力學(xué)機(jī)理尚未明確,影響了該疾病的臨床研究和療效評(píng)價(jià)。生物力學(xué)因素是研究上頸椎疾患的發(fā)生發(fā)展所需要考量的重要因素之一,在科研中具有重要的意義。建立上頸椎失穩(wěn)模型,通過有限元軟件進(jìn)行不同工況的模擬,可以進(jìn)行多種試驗(yàn)假設(shè)的比較分析。由此可見,相較傳統(tǒng)的單純物理實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、離體標(biāo)本實(shí)驗(yàn)等,利用有限元技術(shù)不僅可以更加真實(shí)地反映出上頸椎的生理或病理特點(diǎn),使分析結(jié)果更為準(zhǔn)確,同時(shí)還具有簡(jiǎn)便易行,重復(fù)使用等優(yōu)勢(shì)。有限元技術(shù)在生物力學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅速。自國外學(xué)者率先建立腰椎三維有限元模型,并模擬生物力學(xué)分析之后,國內(nèi)相關(guān)脊柱方面的研究逐漸從獨(dú)立椎體模型的建立到全脊柱模型并從脊柱有限元模型的構(gòu)建發(fā)展再到對(duì)脊柱疾病基礎(chǔ)病機(jī)、術(shù)前規(guī)劃及術(shù)后評(píng)估等方面的研究。但是目前國內(nèi)外建立的上頸椎動(dòng)態(tài)有限元模型研究甚少,失穩(wěn)的動(dòng)態(tài)模型更是空白。制作出高質(zhì)量的上頸椎失穩(wěn)動(dòng)態(tài)有限元模型可以更好的反映出上頸椎失穩(wěn)過程中的生物力學(xué)變化特點(diǎn),為該疾病的影像學(xué)診斷提供可靠的理論依據(jù),具有重要的科研價(jià)值。研究目的建立上頸椎失穩(wěn)的動(dòng)態(tài)三維仿真模型,分析上頸椎失穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),明確上頸椎失穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,了解上頸椎韌帶結(jié)構(gòu)力學(xué)改變對(duì)上頸椎穩(wěn)定性的影響。研究方法采用新鮮上頸椎標(biāo)本作為研究對(duì)象,經(jīng)CT掃描后利用有限元軟件進(jìn)行上頸椎三維幾何模型重建,同時(shí)通過疲勞加載的方式使該標(biāo)本的韌帶應(yīng)力松弛,建立上頸椎失穩(wěn)模型,運(yùn)用運(yùn)動(dòng)捕捉動(dòng)系統(tǒng)態(tài)測(cè)量上頸椎正常模型與失穩(wěn)模型進(jìn)行屈伸位運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡,經(jīng)圖像配準(zhǔn)后設(shè)定韌帶等參數(shù),從而建立上頸椎正常與失穩(wěn)后的動(dòng)態(tài)模型并進(jìn)行力學(xué)分析,探討上頸椎韌帶結(jié)構(gòu)力學(xué)變化與失穩(wěn)程度的關(guān)系。研究結(jié)果該實(shí)驗(yàn)所建立的上頸椎有限元模型仿真程度高,幾何相似性良好。有限元分析結(jié)果顯示：在生理狀態(tài)下,上頸椎前屈過程中,韌帶形變產(chǎn)生以黃韌帶最為突出,其次是寰樞前縱韌帶；剛度最高為十字韌帶,其次為齒突尖韌帶,單位面積受力情況以寰樞前縱韌帶和黃韌帶最為明顯,后縱韌帶與翼狀韌帶受力最小；韌帶應(yīng)力以齒突見韌帶最高,其次為寰樞前縱韌帶；寰枕關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度為3.49°,寰樞關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度為8.84°。上頸椎后伸過程中,韌帶形變產(chǎn)生以寰樞前縱韌帶最為突出,其次為齒突尖韌帶；單位面積受力情況以齒狀突韌帶和寰樞前縱韌帶最為明顯,其次為翼狀韌帶和黃韌帶,后縱韌帶幾乎不受力；寰枕關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度為11.16°,寰樞關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度為14.20°。在失穩(wěn)狀態(tài)下,上頸椎前屈過程中,韌帶形變產(chǎn)生以黃韌帶最為突出,其次是寰樞前縱韌帶；剛度最高為十字韌帶,其次為齒突尖韌帶,單位面積受力情況以寰樞前縱韌帶和黃韌帶最為明顯,后縱韌帶與翼狀韌帶受力最�。豁g帶應(yīng)力以寰樞前縱韌帶最高,其次為齒突尖韌帶；寰枕關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度為5.51°,寰樞關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度為13.70°。上頸椎后伸過程中,韌帶形變產(chǎn)生以寰樞前縱韌帶最為突出,其次為翼狀韌帶；單位面積受力情況以翼狀韌帶和寰樞前縱韌帶最為明顯,其次為齒突尖韌帶,后縱韌帶幾乎不受力；寰枕關(guān)節(jié)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度為12.96°,寰樞關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度為17.20°,由此可見,通過疲勞加載后可導(dǎo)致寰枕關(guān)節(jié)與寰樞關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度增大,其中以寰樞關(guān)節(jié)的前屈活動(dòng)最為明顯。研究結(jié)論結(jié)合分析數(shù)據(jù)可以看出連接寰樞椎的黃韌帶對(duì)限制上頸椎過度前屈起到了重要的作用,而翼狀韌帶和前縱韌帶則對(duì)上頸椎的過度后伸起到約束作用,同時(shí),前縱韌帶與十字韌帶縱向?qū)τ谧刁w屈伸均有一定限制作用,但是前縱韌帶更偏向于后伸的限制,而十字韌帶縱向的限制力量偏弱。同時(shí)在失穩(wěn)后的前屈方向上,寰樞關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度增大明顯,而寰枕關(guān)節(jié)不明顯；后伸方向上,寰枕關(guān)節(jié)與寰樞關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度改變均不明顯。綜合考慮分析,總體上限制上頸椎椎體后伸的韌帶數(shù)目較多,且剛度較大,故在頸椎后伸時(shí),韌帶產(chǎn)生的形變量不多,故而改變的角度不明顯；相反,在前屈方向上,主要由黃韌帶進(jìn)行椎體約束,但黃韌帶剛度較低,故當(dāng)受到前屈方向的應(yīng)力時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的形變,因此造成了寰樞關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度的明顯增加。由此也可以說明,頻繁或長(zhǎng)時(shí)間的前屈活動(dòng)更加容易造成對(duì)上頸椎的損壞,導(dǎo)致上頸椎不穩(wěn)的發(fā)生�？傮w來說,利用有限元技術(shù)與運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)共同建立的上頸椎動(dòng)態(tài)三維有限元模型可以更好的分析總結(jié)上頸椎失穩(wěn)過程中韌帶應(yīng)力變化與失穩(wěn)程度之間的聯(lián)系,為該疾病的臨床診斷及生物力學(xué)研究提供了依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：上頸椎 失穩(wěn) 有限元 力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：中國中醫(yī)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R681.5
【目錄】：

• 中文摘要6-9
• Abstract9-14
• 文獻(xiàn)綜述 上頸椎失穩(wěn)動(dòng)態(tài)模型的建立及有限元分析研究綜述14-28
• 1. 上頸椎失穩(wěn)的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.1 上頸椎失穩(wěn)的解剖學(xué)基礎(chǔ)14-15
• 1.2 上頸椎失穩(wěn)的影像學(xué)診斷概況15-16
• 1.3 上頸椎失穩(wěn)的生物力學(xué)研究基礎(chǔ)16-17
• 2. 上頸椎有限元模型的建立17-18
• 2.1 正常人體上頸椎有限元模型的建立17-18
• 2.2 上頸椎損傷有限元模型的建立18
• 3. 動(dòng)態(tài)有限元模型的建立18-19
• 4. 有限元分析法在生物力學(xué)研究中的應(yīng)用19-23
• 4.1 有限元分析法在生物力學(xué)研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀19-21
• 4.2 有限元分析法在上頸椎失穩(wěn)的研究現(xiàn)狀21-23
• 參考文獻(xiàn)23-28
• 前言28-29
• 材料與方法29-35
• 1. 實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備29-30
• 1.1 實(shí)驗(yàn)標(biāo)本制作29
• 1.2 運(yùn)動(dòng)捕捉測(cè)量29
• 1.3 掃描設(shè)備29-30
• 1.4 分析軟件30
• 2. 方法與步驟30-35
• 2.1 CT掃描30
• 2.2 上頸椎幾何模型的建立30-31
• 2.3 上頸椎失穩(wěn)動(dòng)態(tài)三維有限元模型的建立31-35
• 實(shí)驗(yàn)結(jié)果35-39
• 1. 上頸椎失穩(wěn)動(dòng)態(tài)三維有限元模型35
• 2. 上頸椎失穩(wěn)動(dòng)態(tài)三維有限元模型運(yùn)算結(jié)果分析35-38
• 2.1 生理狀態(tài)屈伸過程中的韌帶受力分析35-36
• 2.2 生理狀態(tài)屈伸過程中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度分析36
• 2.3 失穩(wěn)狀態(tài)屈伸過程中的韌帶受力分析36-37
• 2.4 失穩(wěn)狀態(tài)屈伸過程中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度分析37-38
• 3 頸椎失穩(wěn)動(dòng)態(tài)三維有限元模型的驗(yàn)證38-39
• 3.1 相關(guān)文獻(xiàn)研究驗(yàn)證38
• 3.2 離體標(biāo)本點(diǎn)軌跡運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證38-39
• 研究討論39-43
• 1. 有限元技術(shù)的優(yōu)勢(shì)39-40
• 2. 基于上頸椎失穩(wěn)動(dòng)態(tài)有限元模型的運(yùn)動(dòng)特征分析40-41
• 2.1 韌帶失穩(wěn)前后的力學(xué)特征變化40-41
• 2.2 關(guān)節(jié)面相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度在失穩(wěn)前后的變化41
• 3. 上頸椎失穩(wěn)動(dòng)態(tài)有限元模型的創(chuàng)新41-42
• 4. 研究不足與展望42-43
• 參考文獻(xiàn)43-46
• 致謝46-47
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷47

【相似文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：上頸椎失穩(wěn)的動(dòng)態(tài)三維仿真模型建立及有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：474716