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新型人类腰段脊柱三维有限元模型的生物力学研究

黄昱

  本课题运用三维空间有限元电算软件,建立完整脊柱腰段三维有限元模型,并首次将腰椎周围肌肉力加载于模型上,研究前屈、后伸、侧屈、旋转等多种正常工况下腰段脊柱内部各部位的应力分布规律。从应力、应变的关系角度,探讨腰段脊柱常见病发病的生物力学机制。在模型建立方面,通过对尸体腰段脊柱表面各节点的三维坐标值测量,运用超级空间有限元电算程序(SUPER-SAP V)将腰段脊柱按空间有限离散的原则划分为496个单元,1006个节点。并在计算机上建立三维空间坐标系,模拟完整脊柱腰段力学模型。运用横截面积肌力计算法,测量尸体腰椎周围肌肉:腰大肌、腰方肌、竖脊肌、腹内外斜肌、腹横肌的解剖横断面积,及其与腰段脊柱纵轴的中心距数值,求得力矩值。再根据力矩等价换算公式得出加载于模型体表各点的肌力值。通过对本模型重力及肌力的加载,使其更接近于正常人体腰段力学状态。运用腰椎周围不同肌肉对腰段脊柱作用力的变化,模拟回正常活动范围内脊柱腰段前屈、后伸、右侧屈、旋转等11种。不同工况。分别计算相应载荷储柱腰段各相关部位的动态应力分布状况和应变值。结果显示:不同工况下,腰段脊柱内部相关部位都处于高应力状态。特别是在下腰椎的椎弓根、椎弓峡部、小关节、纤维环后外侧等处出现明显应力集中现象。按照生物力学应力与应变的关系分析这些部位长期处于高应力状态,可使局部的骨质破坏、增生、软组织劳损退变,以及无菌性炎症等《t性退行性病理改变,本结论为探讨腰段脊柱常见病的发病——力学因素提供依据。0本实验结论为临床探讨腰段脊柱常见病病因、病机和预J防、治疗提供了较为客观的实验依据,在模型建立上首次完整模拟腰段脊柱三维模型,首创肌力加载方法,使模型能较精确的模拟人体解剖和受力状况,具有创新性和重要意义。本模型亦可为今后进一步探讨腰段脊柱常见病治疗方案提供参考。D……   
[关键词]:腰椎/生理学;模型;生物学;应力;物理;0 @三维有限元分析
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:福建中医学院2001年