本文關(guān)鍵詞：基于腰椎三維有限元模型的踩蹺法時效參數(shù)研究　出處：《成都中醫(yī)藥大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：目的：構(gòu)建健康者(正常人)與腰椎間盤突出癥(患者)L1～S1節(jié)段三維有限元模型,觀察不同踩蹺時效參數(shù)(周期、時長)對L1～S1整體節(jié)段及L4～5脊柱功能單元的生物力學效應(yīng)(應(yīng)力、應(yīng)變),優(yōu)化踩蹺時效參數(shù),探索正常人與患者踩蹺時效差異,為踩蹺治療LDH機理及優(yōu)化研究提供客觀依據(jù)。方法：(1)采用GE Discovery MR 7503.0T磁共振儀獲取正常人與患者腰部MRI圖像,利用Mimics、Geomagic、Patran及Nastran等有限元軟件建立L1～S1節(jié)段三維有限元模型。取模型中單獨的L4～5節(jié)段,分別施予250N至1500N,步長為250N豎直向下靜態(tài)力對模型進行軸向壓縮,將計算結(jié)果與相同邊界條件下實驗生物力學結(jié)果相對比,以驗證模型材料參數(shù)。利用自主研發(fā)MRI床內(nèi)腰椎局部加壓裝置,分別獲得受試者L4～5橫突間隙,脊柱正中旁開5cm處,垂直向下施予Okgf、144kgf、實時動態(tài)踩蹺20S后三種工況作用下腰段MRI圖像,比較相同載荷下,L1～S1有限元模型MRI圖像上腰椎曲度(L2下緣和L5上緣延長線的夾角,下簡稱"Cobb角”),以驗證模型有效性。(2)根據(jù)羅才貴教授踩蹺實際力學數(shù)據(jù)分析整理,利用計算機數(shù)據(jù)編程模擬,擬合成計算機力學函數(shù)數(shù)據(jù),分別在L4～5橫突間隙,正中旁開5cm處,垂直向下分別施予動態(tài)力學加載,模擬踩蹺力學參數(shù)。根據(jù)羅才貴教授實際踩蹺時效特點,在已驗證的有限元模型上模擬6種周期、6種時長共12種踩蹺時效工況,模擬踩蹺時效參數(shù)。周期工況為0.89 S、1.25S、1.5S、1.8 S、2.25S、 3.25S,分別稱為周期A、B、C、D、E、F,其中1.25S為羅教授踩蹺實際周期；時長工況為10S、20S、30S、40S、50S、60S,分別稱為時長A、B、C、D、E、F,其中20S為羅教授踩蹺實際時長。通過模擬不同踩蹺時效工況,觀察不同工況下正常人與患者有限元模型L4-5節(jié)段神經(jīng)根與椎間盤相對位移,最大位移點Cobb角,確立最優(yōu)踩蹺周期與時長參數(shù)。比較分析最優(yōu)踩蹺周期、時長工況下正常人與患者L4-5椎間盤、神經(jīng)根、椎體、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)應(yīng)力；比較分析最優(yōu)踩蹺周期、時長工況下正常人與患者L4-5椎間盤位移、神經(jīng)根位移、相對位移及最大相對位移點Cobb角變化率結(jié)果：(1)本實驗建立正常人與患者L1-S1節(jié)段三維有限元模型：正常人L1～S1三維有限元模型包括106242個實體單元,98個線單元,總計27453個結(jié)點；患者L1-S1三維有限元模型包括120277個實體單元,124個線單元,總計31193個結(jié)點；包含接觸非線性,幾何非線性2種非線性結(jié)構(gòu)。在正常人與患者模型L4-5節(jié)段分別施予250N至1500N,步長為250N豎直向下靜態(tài)力,其L4-5節(jié)段軸向壓力—軸向位移曲線與相關(guān)文獻中的生物力學實驗研究結(jié)果吻合。正常人與患者Okgf、144kgf、實時動態(tài)踩蹺20S作用下,腰段MRI圖像與L1～S1有限元模型相同工況模擬加壓下所獲得的腰椎曲度(Cobb角)相比較,其差異均無統(tǒng)計學意義(P0.05)。(2)有限元模型模擬踩蹺6種周期工況：(2.1)正常人與患者各工況皆能明顯增加相對位移及Cobb角,B工況下相對位移曲線最穩(wěn)定,正常人平均相對位移大于患者。(2.2)最大相對位移點Cobb角分析：正常人B與C、F比較無統(tǒng)計學意義(P0.05),與A、D、E比較有統(tǒng)計學意義(P0.05)；患者B與A、C、D、E、F比較有統(tǒng)計學意義(P0.05)。(2.3)各周期平均相對位移分析：正常人B與A、C、D、E、F比較無統(tǒng)計學意義(P0.05)；患者B與A、C、D、 E、F比較有統(tǒng)計學意義(P0.05)。(3)有限元模型模擬踩蹺6種時長工況：(3.1)正常人與患者相對位移曲線圖呈現(xiàn)一定規(guī)律,以20S為周期循環(huán)。(3.2)最大相對位移點Cobb角分析：正常人B與C、D、E、F匕較有統(tǒng)計學意義(P0.05)；患者B與A比較有統(tǒng)計學意義(P0.05),與C、D、E、F比較無統(tǒng)計學意義(P0.05)。(3.3)各時長相對位移分析：正常人B與A、C、D、E、F匕較無統(tǒng)計學意義(P0.05)；患者B與A、C、D、E、F比較無統(tǒng)計學意義(P0.05)。(4)正常人與患者L1-S1有限元模型模擬最優(yōu)踩蹺時長、周期下的應(yīng)力分析：(4.1)應(yīng)力集中在L4-5節(jié)段椎間盤前后緣、椎體上下緣、左右神經(jīng)根,關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)應(yīng)力較小。(4.2)L4-5椎間盤應(yīng)力分析：正常人與患者椎間盤前后緣組間比較有統(tǒng)計學意義(P0.05),正常人椎間盤前后緣組內(nèi)比較有統(tǒng)計學意義(P0.05),患者椎間盤前后緣組內(nèi)比較有統(tǒng)計學意義(P0.05)。(4.3)L4-5神經(jīng)根應(yīng)力分析：正常人與患者雙側(cè)神經(jīng)根組間比較有統(tǒng)計學意義(P0.05),患者神經(jīng)根組內(nèi)比較有統(tǒng)計學意義(P0.05),正常入神經(jīng)根組內(nèi)比較有統(tǒng)計學意義(P0.05)。(4.4)L4-5椎體上下緣應(yīng)力分析：正常人與患者L4-5椎體上下緣組間比較有統(tǒng)計學意義(P0.05),患者組內(nèi)比較有統(tǒng)計學意義(P0.05),正常人組內(nèi)比較有統(tǒng)計學意義(P0.05)。(4.5)L4-5關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)應(yīng)力分析：正常人與患者關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)組間比較有統(tǒng)計學意義(P0.05)；正常人與患者L4下關(guān)節(jié)左右組內(nèi)比較無統(tǒng)計學意義(P0.05),患者L5上關(guān)節(jié)組內(nèi)比較有統(tǒng)計學意義(P0.05)(5)正常人與患者L1-S1有限元模型模擬最佳踩蹺時長、周期下的應(yīng)變分析：(5.1)正常人與患者L4-5椎間盤平均位移比較無統(tǒng)計學意義(P0.05)；(5.2)正常人與患者L4-5神經(jīng)根平均位移比較有統(tǒng)計學意義(P0.001)；(5.3)正常人與患者L4-5椎間盤/神經(jīng)根平均相對位移比較有統(tǒng)計學意義(P0.001)：(5.4)最大位移點Cobb角變化率比較有統(tǒng)計學意義(P0.001)。結(jié)論：(1)本實驗構(gòu)建的正常人與患者L1-Sl節(jié)段三維有限元模型反映了該節(jié)段腰椎解剖形態(tài)及生物力學特性,模型仿真度高,具有有效性,能用于踩蹺法時效參數(shù)的生物力學研究。(2)模擬踩蹺的12種時效工況皆能增大腰椎曲度、L4-5節(jié)段神經(jīng)根與椎間盤相對位移,改善腰椎生理曲度及根性壓迫為踩蹺治療腰椎間盤突出癥生物效應(yīng)之一。(3)模擬踩蹺的12種時效工況中,周期1.25S、時長20S工況下操作更安全、療效更穩(wěn)定,為最優(yōu)踩蹺時效參數(shù)。(4)最優(yōu)踩蹺時效參數(shù)下,正常人與患者L4-5節(jié)段各結(jié)構(gòu)應(yīng)力不同,椎間盤、神經(jīng)根、椎體上下緣應(yīng)力大于關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)�；颊邞�(yīng)力較正常人欠“均勻”,說明患者腰椎力學順應(yīng)性、穩(wěn)定性降低。(5)最優(yōu)踩蹺時效參數(shù)下,正常人腰椎曲度變化率、相對位移均大于患者。患者應(yīng)變較正常人欠“深透”,說明患者腰椎力學順應(yīng)性、協(xié)調(diào)性降低。
[Abstract]:Objective : To establish three - dimensional finite element model of lumbar intervertebral disc herniation ( patients ) L1 - S1 in healthy subjects ( normal people ) and lumbar intervertebral disc herniation ( patients ) . ( 2 ) According to the actual mechanical data analysis of Luo cai , the data of mechanical function of computer was simulated by computer data programming . The mechanical parameters of the cycle were simulated on the basis of the data of computer data . At the time of 6 cycles , the parameters were simulated on the finite element model . The cycle conditions were 0 . 89 S , 1 . 25S , 1.5S , 1.8 S , 2.25 S , 3.25 S , respectively . The results showed that the optimal cycle time was 0 . 89 S , 1 . 25S , 1 . 5S , 1.8 S , 2 . 25S , and 3.25S . The three - dimensional finite element model of L1 - S1 was used to simulate the relationship between normal human and patient ' s model L4 - 5 . ( 3 ) Compared with A , D , E and F , there was no significant difference between B and A , D , E and F ( P0.05 ) . ( 4 ) The stress analysis of L4 - 5 was significant ( P0.05 ) . ( 3 ) In 12 aging cases , the stress of lumbar intervertebral disc , nerve root and vertebral body were greater than that of the patients .

【學位授予單位】：成都中醫(yī)藥大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R274.9

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本文編號：1433385