“腰-盆-髖”模型模擬腰椎定點坐位旋轉(zhuǎn)手法的有限元分析.pdf

1、目的：建立“腰椎-骨盆-股骨上端”三維有限元生物力學(xué)模型，驗證所建模型的可靠性;利用所建立的“腰椎-骨盆-股骨上端”模型模擬腰椎定點坐位旋轉(zhuǎn)手法，探索腰椎定點坐位旋轉(zhuǎn)手法的作用機(jī)制，評價腰椎定點坐位旋轉(zhuǎn)手法的安全性。
　　 方法：使用64層螺旋CT掃描志愿者第12胸椎以下雙側(cè)股骨上端以上范圍，得到的CT原始影像圖片879張，以DICOM格式存儲;將DICOM格式的CT圖片導(dǎo)入Mimics10.01軟件進(jìn)行“蒙面”編輯，利用其三維

2、重建功能建立“腰椎-骨盆-股骨上端”幾何模型;將模型導(dǎo)入geomagic12進(jìn)行精修（減少噪音、松弛、刪除釘狀物、快速平滑、砂紙、填充孔、自動修補功能），以利于網(wǎng)格劃分，確定三角形無自相交后輸出模型;將geomagic12精修過的幾何模型導(dǎo)入hypermesh10，劃分四面體網(wǎng)格并添加椎間盤（區(qū)分纖維環(huán)和髓核）與相關(guān)韌帶。參照相關(guān)文獻(xiàn)設(shè)置模型各部分材料屬性，以雙側(cè)股骨上端下表面為邊界，模擬腰椎斜扳手法、坐位旋轉(zhuǎn)手法以及牽扳手法加載三個不

3、同工況（①工況1:不加載荷，單純右旋15°;②工況2:前屈15°，縱向加載300N，右旋15°;③工況3:前屈15°，牽引300N右旋15°），參考前期實驗生物力學(xué)和有限元分析數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行加載，運算模擬腰椎三種手法下模型各部位的位移及應(yīng)力分布，以驗證模型的有效性。根據(jù)腰椎定點旋轉(zhuǎn)手法的作用原理，將腰椎定點坐位旋轉(zhuǎn)手法進(jìn)行分解，改變腰椎前屈和側(cè)彎參數(shù)，設(shè)計四種不同的工況（④X軸:前屈15°，Y軸:側(cè)曲15°，Z右旋15°，縱向加載300

4、N，L1椎體上面15Nm右旋力矩，L4棘突3Nm左偏前30°旋轉(zhuǎn)力矩。⑤X軸:前屈15°，Y軸:側(cè)曲9°，Z右旋15°，縱向加載300N，L1椎體上面15Nm右旋力矩，L4棘突3Nm左偏前30°旋轉(zhuǎn)力矩。⑥X軸:前屈20°，Y軸:側(cè)曲12°，Z右旋15°，縱向加載300N，L1椎體上面15Nm右旋力矩，L4棘突3Nm左偏前30°旋轉(zhuǎn)力矩。⑦X軸:前屈15°，Y軸:側(cè)曲20°，Z右旋15°，縱向加載300N，L1椎體上面15Nm右旋力矩，

5、L4棘突3Nm左偏前30°旋轉(zhuǎn)力矩），將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維有限元模型，進(jìn)行運算手法作用下各部位的位移及應(yīng)力分布。
　　 結(jié)果：
　　 1.得到腰椎-骨盆-股骨上端骨質(zhì)（區(qū)別骨松質(zhì)和骨密質(zhì)）、椎間盤（區(qū)分纖維環(huán)和髓核）以及前縱韌帶、后縱韌帶、黃韌帶、棘間韌帶、棘上韌帶、骶髂韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶、髂腰韌帶、腹股溝韌帶有限元模型。模型包括290771個節(jié)點，1321886個四面體單元，296個spring單元。
　　 2.不

6、加載荷，單純旋轉(zhuǎn)15°工況下，腰椎-骨盆-股骨上端骨質(zhì)、椎間盤及各韌帶的位移值和應(yīng)力值與牽引和加載相比，各項指標(biāo)明顯普遍較小。
　　 3.同時旋轉(zhuǎn)15°，縱向加載和牽引，腰椎-骨盆-股骨上端骨質(zhì)、椎間盤以及各韌帶位移值總體趨勢自上而下逐步減小;應(yīng)力集中分布在椎弓根、腰椎小關(guān)節(jié)、骶髂關(guān)節(jié)、股骨頸處，右側(cè)更明顯。
　　 4.相同前屈角度（前屈15°）的情況下，隨著側(cè)曲角度的增加（9°-15°-20°），同平面腰椎-骨盆-股骨

7、上端骨質(zhì)、椎間盤以及各韌帶位移增加。同平面腰椎-骨盆-股骨上端骨質(zhì)、椎間盤以及各韌帶的最大位移出現(xiàn)在前屈20°側(cè)曲12°。
　　 5.相同前屈角度（前屈15°）的情況下，隨著側(cè)曲角度的增加（9°-15°-20°），同平面腰椎-骨盆-股骨上端骨質(zhì)、椎間盤以及各韌帶應(yīng)力增加。同平面腰椎-骨盆-股骨上端骨質(zhì)以及各韌帶的最大應(yīng)力出現(xiàn)在前屈20°側(cè)曲12°。椎間盤的最大應(yīng)力出現(xiàn)在前屈15°側(cè)曲20°。
　　 6.3模擬腰椎定點坐位

8、旋轉(zhuǎn)手法，觀察腰椎-骨盆-股骨上端骨質(zhì)、椎間盤以及各韌帶位移的變化趨勢，出現(xiàn)自上而下，由右前上方向左后下方遞減的趨勢。同平面腰椎-骨盆-股骨上端骨質(zhì)、椎間盤以及各韌帶各部位移由右前方向左后方遞減的趨勢遞減。觀察腰椎-骨盆-股骨上端骨質(zhì)以及各韌帶位移:對骨質(zhì)來講，左髖關(guān)節(jié)以下基本沒有什么位移，但是左髂腰韌帶和、右骶棘韌帶和右骶結(jié)節(jié)韌帶卻出現(xiàn)了明顯的位移。
　　 7.模擬腰椎定點坐位旋轉(zhuǎn)手法，觀察椎間盤以及各韌帶應(yīng)力的變化趨勢，出現(xiàn)

9、自上而下，由左后上方向右前下方遞增的趨勢。
　　 8.模擬腰椎定點坐位旋轉(zhuǎn)手法，腰椎-骨盆-股骨上端骨質(zhì)的應(yīng)力沒有出現(xiàn)規(guī)律性分布，應(yīng)力集中在腰椎椎體右前部、椎弓、椎間小關(guān)節(jié)、骶髂關(guān)節(jié)以及右股骨頸等處，右側(cè)更明顯。
　　 9.纖維環(huán)和髓核做為一個整體，和腰椎并不存在同步位移，相鄰的椎體和椎間盤的位移相差1-3mm。纖維環(huán)和髓核的應(yīng)力分布并不同步，而且差別比較大。
　　 結(jié)論：
　　 1.所建立的“腰椎-骨盆

10、-股骨上端”三維有限元模型有效，可以用于對“腰椎定點坐位旋轉(zhuǎn)手法”進(jìn)行有限元生物力學(xué)分析。
　　 2.在施行“腰椎定點坐位旋轉(zhuǎn)手法”過程中，腰椎側(cè)彎和前屈都是影響腰椎-骨盆-股骨上端骨質(zhì)（區(qū)別骨松質(zhì)和骨密質(zhì)）、椎間盤（區(qū)分纖維環(huán)和髓核）以及各韌帶位移和應(yīng)力分布的因素。相對來說，前屈對骨質(zhì)的影響較大，側(cè)彎對椎間盤的影響較大。
　　 3.“腰椎定點坐位旋轉(zhuǎn)手法”可以調(diào)整小關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，松解腰椎小關(guān)節(jié)粘連，緩解小關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)紊亂以及滑