一、应用三维有限元模型研究颈椎不同工况下的生物力学变化(论文文献综述)
王星[1](2021)在《颈椎钩椎关节的基础与临床应用解剖学研究》文中研究表明目的:利用影像学、Micro-CT和有限元分析等对颈椎钩椎关节的形态学、内部显微结构进行观测,以发现钩椎关节及钩突显微结构随年龄、椎序增长的发育规律和变化特点。通过研究钩突骨小梁结构以及切除不同范围钩突后颈椎钩椎关节的应力和位移变化规律,为临床颈椎病的诊断与治疗提供理论依据。方法:1.利用CT扫描脊柱颈段后通过三维重建手段测量颈椎钩突和钩突与椎动脉位置关系的相关结构参数;2.利用Micro-CT对颈椎骨标本进行完整扫描,以观测钩突内部骨小梁的排布规律及形态特点;3.利用有限元分析技术,对颅底、颈椎、间盘及韧带等进行三维建模,从正常颈椎到切除不同范围钩突后在前屈、后伸、左右侧屈和左右旋转等六种工况下观测钩椎关节的应力和位移变化。结果:1.钩突长、高、宽等随椎序递增呈渐增趋势,随年龄增长也呈递增趋势,在侧别和性别间部分存在显着性差异(P<0.05);双侧钩突间距、钩突前脚间距、钩突后脚间距和钩突-横突孔间距随椎序递增呈渐增趋势,但随年龄增长其变化不明显,总体呈波浪状,侧别和性别间仅部分存在显着性差异(P<0.05);钩突夹角约130°,其随椎序、年龄的递增变化不明显;钩突矢状角约15°,其随椎序、年龄的递增呈波浪状;神经管前后径、椎间孔面积随椎序递增和年龄增长总体变化不显着,椎间孔面积男性大于女性;椎间隙前高、椎间隙后高随椎序递增呈缓递增趋势,而随年龄增长则缓慢递减。2.钩突尖与椎动脉间距随椎序增加总体呈“V”型,而随年龄增长则呈缓递增;椎弓根最大横倾角随椎序增加总体变化不大,随年龄增长则呈缓递减;椎弓根最小横倾角随椎序增加总体呈递减趋势,随年龄增长则不显着;椎弓根横倾角范围随椎序增加总体呈缓递增趋势;椎弓根宽总体随椎序增加呈递增趋势、随年龄增长呈缓递增。3.钩突骨小梁的排布规律与椎体内相一致,冠状面多呈纵行走形,其骨小梁直接与椎体内相延续,三维重建后见钩突内骨小梁纵横交错,与椎体内排布相一致;钩突骨小梁相关参数TV、BV、BS、BS/BV、BV/TV、BS/TV、Tb.Th、Tb.N、Tb.Sp、Eu.N、Conn、DA 和 SMI 除个别外大多在侧别间均无显着性差异(P>0.05);颈椎钩突骨小梁各形态计量学参数不同椎序间比较,仅在TV、BV、BS、BV/TV、BS/TV、Eu.N、Conn和SMI的个别椎序间有显着性差异(P<0.05),尤其是C5,其余均无显着性差异(P>0.05)。4.正常颈椎、左侧切除钩突50%、100%和双侧切除钩突100%后颈椎4组模型组相关结构受力特点中,钩突应力和位移值无论在何种运动工况下,随椎序增加呈递增趋势,最大均位于C5;正常组应力值仅在左、右侧屈间有显着性差异(P<0.05),位移值则在前屈、后伸、左右侧屈间有差异(P<0.05);模型组1的应力值仅在C5前屈、后伸中有显着性差异(P<0.05),左、右侧屈中各椎侧别间均有差异(P<0.05),模型组2的应力值在所有工况中均存在显着性差异(P<0.05),模型组3的应力值各椎在前屈、后伸和左右侧屈工况中均有显着性差异(P<0.05);而位移值在后三种模型组中无论何种工况下均无差异(P>0.05);椎序组间比较C5与C3、C4、C6、C7各组间均有差异(P<0.05),正常组与模型组1、2和3间在某些工况下有差异(P<0.05)。关节突的应力和位移值在4组模型中无论在何种工况下随椎序增加均呈尖峰状,峰值正常组位于C6、而模型1~3组则位于C5,4组各椎仅在左右侧屈中有差异(P<0.05),余均无差异(P>0.05),椎序组间比较应力值在后伸、左右旋转下,C5与C1-C4及C6-T1各组间均有显着性差异(P<0.05);组间比较前屈工况下正常组与模型1~3组间均有显着性差异(P<0.05)。椎间盘前后缘在4组模型中的应力和位移值随椎序增加均呈递增趋势,且在六种工况下其峰值均位于C5/6,随后呈递减趋势,整体呈“尖峰状”,前后缘值在前屈、后伸和侧屈工况下有显着差异(P<0.05),左右缘的变化与前后缘一致,在前屈、左右侧屈和旋转工况下均有显着性差异(P<0.05);前后缘和左右缘应力值在椎序间无显着性差异(P>0.05),组间比较也仅表现在部分工况下正常与模型组间有显着性差异(P<0.05),但整体应力值变化不明显。结论:1.钩椎关节中钩突的长、高、宽随椎序递增和增龄总体呈缓慢递增趋势,符合脊柱重力发育规律;双侧钩突、钩突前脚、后脚间距随椎序递增呈缓慢递增趋势,但增龄情况该三者间距变化不很显着;钩突-横突孔间距随椎序递增呈缓慢递增趋势,但增龄变化不显着;神经管前后径随椎序递增和增龄总体变化较小;钩突夹角、钩突矢状角随椎序递增和增龄总体呈波浪状,钩突夹角约130°与颈椎的稳定性密切相关,而钩突矢状角平均15°,有限制颈椎过度旋转作用;椎间孔面积总体男大于女,随椎序增加整体变化不明显,椎间孔面积总体随增龄变化较小,但钩突宽与椎间孔面积密切相关,是神经根型颈椎病致病的重要因素之一;椎间隙前、后高随椎序增加呈缓慢递增,随增龄而呈下降趋势,这与脊柱生长发育规律相符,随年龄增长、脊柱过度运动等因素致颈椎间盘发生退行性改变引起椎间隙高度降低,从而引起相应颈椎病症状。2.钩突与椎动脉之间的毗邻关系密切且复杂,钩突与椎动脉间距是评估椎动脉型颈椎病的重要评价指标,椎弓根横倾角范围可作为临床椎弓根置钉角度参考值,椎弓根宽是确保椎弓根螺钉准确置入椎弓根的保证。上述指标在侧别间比较无差异,且性别间比较总体上差异性不明显;钩突与椎动脉间距随椎序增加变化不规律,随年龄增长呈缓慢递增趋势;椎弓根最大横倾角、椎弓根最小横倾角和椎弓根横倾角范围三者在椎序间的比较中多数与C7间存在差异,其中随椎序增加椎弓根最大横倾角变化不明显,椎弓根最小横倾角则呈缓慢递减趋势,而椎弓根横倾角范围呈递增趋势;随年龄增长中椎弓根最大横倾角呈缓慢递减趋势,椎弓根最小横倾角则变化不明显,而椎弓根横倾角范围则呈递增趋势;椎弓根宽随椎序增加和年龄增长均呈递增趋势。3.Micro-CT可清晰地观测颈椎钩突内骨小梁分布特征、计量和形态学参数,钩突内骨小梁在侧别间、椎序间差异不显着,为骨质疏松及颈椎病及相关疾病的预防、诊疗等提供了实验理论依据。4.钩突应力和位移值随椎序增加呈递增趋势,最大值位于远离重力线的C5,随切除不同范围钩突后,切除范围越大越影响颈椎稳定性;钩椎关节中的关节突应力和位移值在正常颈椎中其应力集中区位于C6,但切除不同范围钩突后其应力和位移值则集中于C5;颈椎间盘应力和位移值不论在何种情况下均集中于C5/6,其受力不因钩突的切除而受影响。
阮汉江[2](2021)在《三种后路单节段固定方式治疗Ⅱ型Hangman骨折的生物力学研究》文中进行了进一步梳理背景:针对单节段普通C2椎弓根在治疗Hangman骨折时存在拉力较弱、双枚螺钉孤立固定稳定性差的特点,用三维有限元探索新的固定方式与传统治疗的生物力学性能差异。目的:研究三种后路单节段内固定方式治疗II型Hangman骨折的生物力学性能,探讨新型内固定系统在治疗II型Hangman骨折中的应用价值。方法:通过CT扫描获取一例健康成年男性上颈椎的影像学数据资料,利用Mimics10.01、Abaqus6.12等软件,建立正常的上颈椎(C0-3)的三维有限元模型(FEM)并行有效性验证。基于有效性验证的基础上,首先建立II型Hangman骨折模型,然后分别建立三种内固定模型:模型A:普通椎弓根螺钉内固定模型,模型B:新型双螺纹中空椎弓根螺钉内固定模型,模型C:新型双螺纹中空万向椎弓根螺钉+“Ω”形横连内固定模型,比较各模型在不同工况下的三维活动度(ROM)和植入螺钉所受应力情况,运用秩和检验进行统计学分析。结果:(1)三种内固定方式下C0-3各节段在不同工况下的ROM值与正常模型相差较小,相差最大的在C2-3扭转方向上,较正常模型分别增大了0.6°、0.8°、0.8°,且三种内固定模型与正常模型之间ROM差异无统计学意义(P>0.5);(2)模型C与模型B上颈椎在前屈+后伸、侧弯(左+右)、旋转(左+右)的三维活动度基本相等,差异极小(P>0.5);(3)相对于Hangman骨折模型,三种内固定模型在C0-1,C1-2上的屈伸、侧弯及扭转方向的活动度无明显异常(P>0.05);在C2-3上,内固定模型A在前屈+后伸、侧弯(左+右)、旋转(左+右)上的稳定性较骨折模型分别增加了:38.45%、28.69%、12.01%,内固定模型B稳定性较骨折模型分别增加了:34.55%、26.95%、4.19%,内固定模型C稳定性较骨折模型分别增加了:34.53%、26.95%、4.18%,可见三种内固定模型在C2-3上的活动度与Hangman骨折模型差异较大(P<0.05);(4)三组内固定植入物各工况下最大应力的大小顺序均为:A组>B组>C组,且螺钉应力集中点在骨折线部位,经统计学分析三种内固定模型的最大应力差异有统计学意义(P<0.5)。结论:新型双螺纹中空万向椎弓根螺钉+“Ω”形横连内固定方式具有更优良的抗疲劳特性,且能最大程度的保留颈椎生理活动度,是一种可用于治疗II型Hangman骨折的内固定方式。
王宏博,刘俭涛,李昂,冯世庆,高坤,翟功伟,王家林,刘斌峰,高延征[3](2020)在《颈椎前路记忆加压固定器置入后对邻近节段影响的三维有限元分析》文中研究表明目的比较颈椎前路记忆加压固定器与钛板对颈椎前路椎间盘切除融合术后邻近节段椎间盘活动度及应力的影响。方法有偿募集1名成年男性志愿者,排除颈椎畸形、骨折、感染等疾病后,行C3~C7薄层CT扫描。将扫描数据导入三维有限元建模软件,建立生理状态下的完整三维有限元模型并验证其有效性。将C5-6椎间盘切除后置入椎间融合器,前方应用钛板或颈椎前路记忆加压固定器辅助固定,从而建立钛板固定和记忆加压固定器固定的三椎有限元模型。将三种模型导入三维有限元分析软件ANSYS 16.0,加载垂直向下的轴向73.6 N载荷模拟头重及1. 0 N·m的扭矩模拟颈椎前屈、背伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转六种运动,比较完整模型、钛板固定与记忆加压固定器固定后相邻节段椎间盘活动度和应力变化。结果所建立的三维有限元模型在六种工况下的椎间盘活动度与既往研究结果基本相似,证明模型有效。在相邻C4,5节段前屈、后伸,左、右侧屈及左、右旋转六种工况活动度分别为:完整模型3.9°、4.2°、3.7°、3.7°、2.2°和2.2°,钛板固定4.6°、4.7°、4.3°、4.4°、3.3°和3.1°,记忆加压固定器固定4.4°、4.3°、4.0°、4.2°、2.8°和2.7°;不同工况下椎间盘的最大应力分别为:完整模型1.81、1.60、3.99、2.06、3.63和3.41 MPa,钛板固定1.86、1.67、4.21、2.16、3.82和3.63 MPa,记忆加压固定器固定1.84、1.64、4.17、2.14、3.78和3.58 MPa。在相邻C6,7节段六种工况活动度分别为:完整模型3.1°、3.2°、2.5°、2.5°、1.2°和1.3°,钛板固定4.2°、3.7°、3.4°、3.0°、2.1°和2.2°,记忆加压固定器固定3.5°、3.3°、2.5°、2.7°、1.8°和1.9°;不同工况下椎间盘的最大应力分别为:完整模型0.45、0.66、1.12、0.85、0.84和0.82 MPa,钛板固定0.62、0.93、1.55、1.24、1.44和1.27 MPa,记忆加压固定器固定0.61、0.92、1.54、1.22、1.07和1.24 MPa。钛板固定术后相邻节段各个方向活动度及椎间盘压力均高于记忆加压固定器固定。结论颈椎前路记忆加压固定器较钛板固定对相邻节段椎间盘的活动度及应力影响较小,一定程度上可减缓相邻节段退变的进程。
梁龙[4](2020)在《颈椎康复操对神经根型颈椎病的干预作用及机制研究》文中研究说明神经根型颈椎病(Cervical Radiculopathy,CR)是颈椎病中最常见的类型。该病常表现为颈部疼痛、活动障碍、上肢的疼痛麻木、感觉异常等,罹病久者可甚至可发生肌肉萎缩。多个统计研究报告结果表明,神经根型颈椎病已经处于危害人们健康的非致死性疾病的前列。由于我国庞大的人口数量和越来越严重的人口老年化,该病在我国更为严重,影响个人生活的同时也给社会带来沉重的负担。所以寻找一种有效、简便、适宜性强的治疗措施显得尤为必要。目前,保守治疗是神经根型颈椎病的首选治疗措施。功能锻炼作为其中的一种治疗措施,其临床有效性已经在许多研究中被证实。颈椎是由动力系统和静力系统两部分组成。动力系统主要指的是颈部肌肉,静力系统主要是颈椎骨。颈椎病的发病有着“动力失衡为先,静力失衡为主”的论述,颈椎部的“筋”异常导致“骨错位”的发生,最终“筋骨同病”,引发本病。目前研究也表明,神经根型颈椎病的发病与颈部肌肉的肌张力增高有关。颈肌肌张力增高,即“筋急”的发生,“筋急”产生异常应力,对颈椎骨造成牵拉,导致“骨错缝”的发生,长期的骨不正会导致应力性骨赘、椎间盘退变,刺激到颈神经根就导致神经根型颈椎病的发生。对于神经根型颈椎病的发病机制可以总结成“筋骨同病,以筋为先”,再根据《灵枢·卫气失常》中论述,“筋部无阴无阳,无左无右,候病所在”。所以对于本病的治疗应该对颈部“筋”进行干预,调节颈肌的状态,“经筋治骨”,最后达到“筋柔骨正”、“筋柔骨自安”的生理状态。颈椎康复操是由朱立国教授结合颈椎的解剖、生理状态和颈椎疾病发病特点创制的一套颈椎锻炼方法。本颈椎康复操已经收录于中华中医药学会编纂的神经根型颈椎病指南,并作为其中的一种推荐治疗方法。颈椎康复操获得了中华中医药学会李时珍创新奖、北京市科技进步奖等多个奖项,也是北京市中医药管理局推广项目。颈椎康复操是对颈部“筋”进行直接的干预,符合以上“经筋治骨”的治疗原则。本团队前期研究发现颈椎康复操配合其他疗法治疗神经根型颈椎病能更好的提高临床疗效,减少复发率。但是单一的颈椎康复操干预神经根型颈椎病的临床作用及具体机制尚不明确。基于此,我们提出假说:颈椎康复操可以通过降低肌张力,进而改善颈椎骨等应力,调节颈椎受力平衡而发挥治疗作用。本研究通过文献研究、临床研究、应用基础研究和基础研究四个部分来阐述颈椎康复操对神经根型颈椎病的干预作用及潜在机制。1文献研究功能锻炼治疗神经根型颈椎病的系统评价和Meta分析1.1目的检索当前国内外关于功能锻炼治疗神经根型颈椎病的随机对照试验,通过Meta分析方法来明确功能锻炼治疗神经根型颈椎病的有效性。1.2方法计算机检索了 Medline数据库(通过Pubmed)、Web of Science数据库、Embase数据库、Cochrane图书馆、中国知网、万方数据库、维普数据库等7个数据库关于功能锻炼干预神经根型颈椎病的随机对照试验的文献。然后将符合纳入排除标准的文献进行数据提取,使用Revman5.3软件进行Meta分析的数据分析和图形制作。使用漏斗图评价文献的发表偏倚,如异质性较高,则使用敏感性分析结果的稳健性,使用亚组分析来明确研究间异质性来源,并使用GRADE分级对每个结局指标进行强度推荐。1.3结果经过严格筛选,总共纳入符合标准的文献10篇,共有871例神经根型颈椎病患者。Meta分析结果显示:功能锻炼能显着降低神经根型颈椎病患者的VAS评分[SMD=-0.89;95%CI:(-1.34,-0.44),P<0.0001]和 NDI 指数[MD=-3.60;95%CI:(-6.27,-0.94);Z=2.65,P=0.008<0.05],由于没有文献报告 SF-12、SF-36 这两个指标,所以无法进行分析。漏斗图显示VAS评分和NDI指数两者对称性稍差,可能存在一定的发表偏倚。但敏感性性分析表明Meta分析指标稳健性尚可。亚组分析表明高异质性来源可能与干预时间、发表语言、发表年份有关。GRADE分级结果是VAS评分和NDI指数均是低等级。1.4结论单独进行功能锻炼干预或功能锻炼辅助其他治疗措施可以有效地缓解颈椎疼痛,改善颈部功能,但仍需大量高质量的研究提供更充足的证据。2临床研究颈椎康复操对神经根型颈椎病干预作用的探索性试验2.1目的初步探索颈椎康复操干预神经根型颈椎病的临床疗效及安全性,增强颈椎康复操治疗神经根型颈椎病的临床证据,为颈椎康复操的推广应用奠定基础。2.2方法严格按照纳入、排除标准,选取2018年9月至2019年11月中国中医科学院望京医院、中国中医科学院骨伤科研究所、中国中医科学院西苑医院、北京市朝阳区东风社区卫生服务中心门诊60例神经根型颈椎病(非急性期)患者。将所有纳入病例分成治疗组和对照组,每组各30例,对照组予以颈椎健康指导,治疗组予以颈椎康复操+颈椎健康指导。记录干预前、干预后1周、2周、3周、4周、2月、3月患者的VAS评分、NDI指数、SF-12PCS评分、SF-12 MCS评分、不良反应。使用SPSS 17.0、GraphPad Prism 8.0.2软件对记录数据进行统计分析和图形的绘制。2.3结果两组患者在性别、年龄、病程、患肢情况、干预前的VAS评分、NDI指数、SF-12PCS评分、SF-12MCS评分等方面的差异无统计学意义(P>0.05),两组资料具有可比性。相关指标比较结果如下:(1)NDI指数:两组患者差异有统计学意义,治疗组的NDI指数降低较对照组更明显(P<0.05),且各个观察时间点也有统计学差异(P<0.05),说明颈椎康复操可以较好的改善患者NDI指数,且随着时间的延长,效果越明显。(2)VAS评分:治疗组患者的VAS评分下降幅度与对照组相似(P>0.05),且干预后3月与干预后2月差异不明显(P>0.05),余各个时间点均有统计学差异(P<0.05),说明颈椎康复操在降低患者疼痛方面效果不明显,但疼痛可随着时间的延长效果更好,效果可延续到干预后2月。(3)SF-12 PCS评分:治疗组患者的SF-12PCS评分较对照组患者增高显着(P<0.05),且各个观察时间点之间差异有统计学意义(P<0.05),表明颈椎康复操干预后3月内能有效的改善患者机体功能,而且随时间的延长疗效越好。(4)SF-12MCS评分:治疗组患者SF-12MCS评分增高明显,且与对照组患者的差异有统计学意义(P<0.05),各个时间点的差异均有统计学意义(P<0.05),说明颈椎康复操干预神经根型颈椎病,能较好地改善患者的心理状态,且随时间的延长,效果更显着。(5)不良反应:治疗组出现1例锻炼后颈肩部酸胀不适的症状,嘱其热敷,减少锻炼次数,症状消失。还有1例患者做雏鸟起飞出现患侧手臂的酸麻感,嘱其减小手臂后伸角度后,症状消失。余未见异常。2.4结论颈椎康复操可以改善神经根型颈椎病非急性期患者颈椎功能状态,提高患者的生存质量,且治疗时间越长,疗效越好。颈椎康复操的安全性也较好。虽然对疼痛的改善效果不明显,但是配合颈椎康复操的仍保持一定优势。疼痛的改善的结果可能与疾病处于非急性期或样本量小、观察时间点等有关。3应用基础研究基于筋束骨理论探讨颈椎康复操对神经根型颈椎病患者肌张力及颈椎活动度的影响3.1目的基于“筋束骨”理论,通过对颈椎康复操干预神经根型颈椎病患者的面域肌张力、颈椎活动度的作用的研究,明确颈椎康复操对颈部“筋”的作用,以及“筋”对“骨”的影响,从而探讨颈椎康复操治疗神经根型可能的治疗机制,为其临床应用奠定基础。3.2方法3.2.1肌张力测量采用软组织张力测试分析系统(Mtone JZL-III型)对神经根型颈椎病患者进行颈部肌张力面域测量,测出200g压力时软组织张力测试分析系统所对应的刻度位移记为该点的肌张力。分别记录颈椎康复操干预前、干预后1周、2周、3周、4周的多点肌张力数据,使用MATLAB R2015a软件对记录的数据进行处理,绘制肌张力云图,然后进行比较分析。3.2.2颈椎活动度测量使用OptiTrack-V120:Duo&Trio仪器在颈椎康复操干预前、干预后1周、2周、3周、4周时对神经根型颈椎病患者进行颈椎活动度的测量,再使用Optitrack Motive软件和Visual3D V5软件对数据进行记录和计算数据。使用SPSS17.0软件对对数据进行统计分析,并使用GraphPad Prism 8.0.2软件进行图形绘制。3.3结果3.3.1肌张力随着颈椎康复操锻炼的持续,自干预前,干预后1周,2周,3周,4周,肌张力有着逐渐下降趋势。3.3.1.1干预前从总体看,干预前患者的颈部肌张力增高情况对称性稍差,右侧整体肌张力较左侧高。肌张力低区域主要集中在C3-C6颈椎两侧的肌肉,自C6-T1区域的肌张力较颈项部要高。3.3.1.2干预后1周云图分布对称性较干预前好,肌张力增高区域有所缩小,尤其C6-7区域肌张力降低比较明显。3.3.1.3干预后2周颈项部以“团块区域”的肌张力分布逐渐扩散成跟解剖形态相近的“条带状”区域,云图两侧的对称性较之前更显着。3.3.1.4干预后3周颈部云图整体有下降趋势并且无论颈椎区域还是肩胛区域对称性均较好。颈项部及肩胛区的肌张力基本按照解剖形态分布。3.3.1.5干预后4周云图肌张力整体下降明显,颈项部肌张力仍有明显下降趋势,低肌张力区域逐渐增大明显,左右两侧肌张力云图对称性较好。3.3.2颈椎活动度3.3.2.1颈椎前屈颈椎康复操干预不同时间点的颈椎前屈角度变化有统计学意义(P<0.05),观察时间点两两比较后发现,除了干预前和干预第一周颈椎活动度改善不明显(P>0.05),余各时间段差异均有统计学意义(P<0.05)。3.3.2.2颈椎后伸颈椎康复操干预不同时间点的颈椎后伸角度变化有统计学意义(P<0.05),观察时间点两两比较后发现,干预前与干预后一周、干预后三周和干预后四周颈椎后伸角度虽有增加,但差异无统计学意义(P>0.05),余各时间段差异均有统计学意义(P<0.05)。3.3.2.3颈椎左侧屈颈椎康复操干预不同时间点的颈椎左侧屈角度变化有统计学意义(P<0.05),观察时间点两两比较后显示,干预后第三周和干预后第二周相比,颈椎左侧屈角度虽有增加,但差异无统计学意义(P>0.05),余各观察时间点差异均有统计学意义(P<0.05)。3.3.2.4颈椎右侧屈颈椎康复操干预不同时间点的颈椎右侧屈角度差异有统计学意义(P<0.05),观察时间点两两比较后显示,各时间段差异均有统计学意义(P<0.05)。3.3.2.5颈椎左旋颈椎康复操干预不同时间点的颈椎左旋角度差异有统计学意义(P<0.05),观察时间点两两比较后显示,各时间段差异均有统计学意义(P<0.05)。3.3.2.6颈椎右旋颈椎康复操干预不同时间点的颈椎右旋角度差异有统计学意义(P<0.05),观察时间点两两比较后显示,各时间段差异均有统计学意义(P<0.05)。3.4结论颈椎康复操能够有效的降低神经根型颈椎病患者的颈肌肌张力,调节颈部受力平衡,由“筋急”向“筋柔”方向转变。通过颈椎活动度这一指标可以看出“筋柔”后又干预“骨错缝”使其向“骨正”方向改善。说明颈椎康复操治疗神经根型颈椎病可能是通过改善颈肌紧张状态来改善骨的受力,调整了颈椎的应力平衡来实现的。4基础研究颈椎康复操对神经根型颈椎病干预的生物力学研究4.1目的通过对将颈椎康复的动作进行量化后,加载到构建好的颈椎三维有限元模型上,分析每个动作的生物力学机制,为后期运动处方的开发提供支撑。再通过筋骨关系来分析颈椎康复操干预后导致颈肌肌张力降低后对颈椎的影响,探讨其深层的治疗机制。4.2方法4.2.1颈椎康复操的量化将颈椎康复操每个动作进行可量化地拆分,选取20名志愿者完成颈椎康复操动作,使用Optitrack动捕系统和测力手套对每个动作进行轨迹捕捉和后期数据处理,得出每个动作的量化参数。4.2.2颈椎有限元模型的构建及颈椎康复操动作加载使用CT扫描一名正常人颈椎,通过多个软件进行几何重建、逆向工程、网格划分、材料赋值等过程,构建出包含椎体(C0-T1)、椎间盘(C2-C7)、韧带、关节软骨、肌肉等结构完整的颈椎三维有限元模型。待验证其有效性后,再将量化好的颈椎康复操参数加载到该模型上,分析每个动作对椎体、椎间盘、韧带的应力及肌肉的应变情况。4.2.3不同肌张力变化对神经根型颈椎病的影响通过对颈椎间盘退变的模拟来构建符合神经根型颈椎病特征的疾病模型,再用刚度参数来模拟颈肌肌张力,构建肌张力增高、肌张力正常、肌张力降低的三个神经根型颈椎病有限元模型。根据颈椎日常活动的动作,对三个模型进行前屈、后伸、旋转、侧屈四个工况的加载,从而分析颈椎康复操使得肌张力降低后的颈椎的筋骨影响关系,进一步探索颈椎康复操对神经根型颈椎病的治疗机制。4.3结果4.3.1颈椎康复操的量化对颈椎康复操进行动作拆分和参数测量。前屈后伸动作拆分成颈椎前屈后伸两个动作,测量结果是前屈63.31°,后伸62.15°;旋颈望踵动作拆分成旋转和前屈,测量结果是左旋81.2°,右旋79.3°,左侧前屈15.66°,右侧前屈19.06°;回头望月动作拆分成旋转和后伸45°,测得结果是左旋81.2°,右旋79.3°;雏鸟起飞动作可以拆分成颈椎后伸,上肢后伸及上肢的下拉力三部分,结果测得颈椎后伸62.15°,上肢后伸与躯干的角度38.18°,上肢下拉力为77.36N。摇转双肩动作可以拆分为肩关节的向上、向前、向下、向后四个动作,测量位移参数结果是向上 83.82mm、向前 96.83mm、向下 48.03mm、向后 50.46mm。4.3.2颈椎有限元模型的构建及颈椎康复操动作加载构建了颈椎所有椎体和椎间盘、10个韧带结构、14组肌肉的全颈椎有限元模型,并与相关文献报道结果比对,结构表明该模型的仿真性较好。对颈椎康复操每个动作在模型上进行加载。4.3.2.1前屈后伸颈椎前屈时,颈椎整体的受力区是枕骨下及所有椎体、椎间盘区域,其中寰椎的前后弓受力最大。椎体中应力自C2至C4应力逐渐增加,又从C4至C7椎间减小。椎间盘的应力最大集中在C4-5椎间盘,最大应力主要集中在椎间盘的前部。颈夹肌和肩胛提肌是应变最大的两个肌肉。后纵韧带、黄韧带、棘间和棘上韧带的应力都随着颈部前屈活动应力不断增加,且承受最大应力的韧带为黄韧带。对颈椎有限元模型进行后伸动作加载,应力较大区域主要集中在关节突关节及钩椎关节,寰椎应力最大区域在前后弓。椎体中所受应力是C2椎体。椎间盘较大应力主要出现在椎间盘的两侧,其中C3-4是受力最大的椎间盘。胸锁乳突肌是产生最大形变的肌肉,前纵韧带是承受最大应力的韧带。4.3.2.2旋颈望踵加载旋颈望踵动作后,C4和C5椎体所受应力最大,寰椎最大应力区域在前后弓,C2椎体至C6椎体,最大应力区域主要集中在左侧上关节突、下关节面,椎体部分的较大应力区域自上而下,由椎体左侧转移到椎体右上部外侧,直到C7椎体最大应力区域转移至右侧椎体部分。所受应力最大椎间盘位于C3-4、C4-5节段。产生最大形变的肌肉是颈夹肌。旋转运动时各韧带应力均有所增加,最大应力位于黄韧带,在进行前屈运动时,前纵韧带应力逐渐下降,余韧带应力明显增加。4.3.2.3回头望月将回头望月在颈椎有限元上加载,承受最大应力的椎体是C3,C3到C6椎体的最大应力位置分布于钩椎关节部位、左侧上关节突、下关节面区域,至C7椎体后应力明显区域转至钩椎关节部位。椎间盘最大应力出现在C3-4节段。头最长肌为应变最大的肌肉。右旋动作时,各韧带的应力都有逐渐增加的趋势,其中黄韧带为受力最大的韧带,后伸运动后,除了前纵韧带应力增加明显外,余韧带应力都在下降。4.3.2.4雏鸟起飞将雏鸟起飞进行动作加载,颈椎受力明显区域主要集中在椎体和上关节突和下关节面部位。C2椎体承受着椎体中的最大应力。寰椎的最大应力仍位于前后弓部位,余各椎体应力明显区域出现在椎体与椎体的结合部位。C3-4椎间盘所受应力最大。胸锁乳突肌是该运动形变最大的肌肉。而前纵韧带是应力最大的韧带。4.3.2.5摇转双肩对模型中肱骨头参考点进行向上、向前、向下、向后的位移工况加载,颈椎的应力分布大致相同。寰椎前后弓有明显应力改变,余椎体应力改变不明显。椎间盘的应力改变也不明显。承受最大应力出现在C4椎体,椎体应力明显位置处于椎体与椎体连接的钩椎关节区域。椎间盘受力自上而下有逐渐增加的趋势,应力明显区域也从椎间盘的两侧逐渐向后移至椎间盘的后外侧。在肌肉方面,向上、向前运动都是颈夹肌和颈最长肌形变最大,向下和向后运动是产生最大形变的是肩胛提肌。韧带受力方面,向上运动除了前纵韧带,其余韧带应力均逐渐增加,其中黄韧带最为明显;向前运动各个韧带有先增加后减小的趋势;向下运动时,前纵韧带反而应力不断增加,而其余三个韧带应力逐渐减小;向后运动时,原本上升的前纵韧带也是先小幅度上后下降,呈抛物线状。4.3.3不同肌张力变化对神经根型颈椎病的影响4.3.3.1前屈工况在肌张力增高、正常肌张力、肌张力降低的三个神经根型颈椎病有限元模型中进行前屈工况加载,发现椎体的应力较大的部位发生在椎体与椎体的结合部位,椎板及棘突部位分散的应力较少。其中寰椎所受的应力最大,肌张力增高、正常肌张力、肌张力降低三个模型寰椎的所受的最大应力分别是42.17Mpa、38.81Mpa、35.22Mpa。椎间盘应力较大区域主要是椎间盘前部及前外侧。肌张力增高模型中各个椎体所受的应力增高,随着肌张力的降低,椎体应力有逐渐减小趋势。各个颈椎间盘的应力趋势基本与椎体情况相似,但是在C2-3和C5-6椎间盘,随着肌张力降低,应力有着轻微增大趋势。4.3.3.2后伸工况对三个疾病模型进行后伸工况加载,三个模型的应力分布区域大致相似,应力较大区域主要集中在椎体钩椎关节、上关节突和下关节面,寰椎在前后弓部位。所受应力最大的椎体是C2椎体。椎间盘应力较大区域分布自上而下由前外侧转向后外侧,其中受力最大的椎间盘为C3-4椎间盘。4.3.3.3旋转工况在旋转工况的加载下,肌张力增高、肌张力降低、肌张力正常三个神经根型颈椎病有限元模型应力分布区域大体一致。寰椎应力最大区域主要集中在前后弓部位,余椎体最大应力区域主要是在钩椎关节、右侧关节突部位。椎间盘的应力区域主要是在两侧。所受应力最大的椎体是C5椎体,且各个椎体所受的应力大小相差不大,承受应力较大的椎间盘C3-4节段。4.3.3.4侧屈工况侧屈工况加载后,椎体最大应力分布主要集中在左侧椎弓根部位及左侧椎体部位,寰椎最大应力仍然在前后弓,受力最大的椎体为C4椎体,自C4上下椎体应力逐渐减小。椎间盘最大应力部位在两侧,其中是以右侧为主,C3-4节段是受力最大的椎间盘。三个模型的最大应力分布区域大致相同。4.4结论不同的颈椎康复操动作对颈椎有着不同的生物力学作用,可以根据各自的作用特点制定合适的运动处方。颈椎康复操治疗神经根型颈椎病的内在机制可能是通过降低颈肌肌张力,进一步发挥降低颈椎椎体、椎间盘的应力,对于有应力集中部位,通过增加椎间盘的缓冲能力和分散应力来调节颈椎的应力平衡。
杨明[5](2020)在《脊柱结构强非线性功能运动的机理研究及其临床应用》文中进行了进一步梳理脊柱作为人体骨骼的重要组成部分,在维持人的正常生理形态、承受各种载荷、保护神经中枢、保持各种运动姿态等方面,均发挥着重要的力学作用。脊柱的重要性以及脊柱病的多样性和高发病率,脊柱生物力学研究一直是当代学者们的研究热点之一。本文针对脊柱结构的强非线性功能运动展开研究,围绕脊柱结构的材料及接触非线性,重点解决静/动态载荷下脊柱结构物理模型的参数优化和模型验证。全文共分为三部分:第一部分为脊柱有限元模型的初步建立阶段。基于CT扫描数据、文献调研、动物解剖实验等研究,建立腰椎L4-L5有限元模型。分析有限元模型在前后屈伸、轴向扭转、侧向弯曲和轴向拉压运动下的应力应变情况,并通过灵敏度分析得到脊柱的关键结构。第二部分为模型的完善验证阶段。首先进行了脊柱力学实验,分析脊柱关键结构参数在前后屈伸、侧向弯曲和轴向扭转工况下的灵敏度,然后根据灵敏度分析结果对相关参数进行调整和优化,选择系统相对误差最小时的参数作为最终获取的力学参数。最后在考虑模型的抗压刚度的情况下,对模型进行了优化及完善。第三部分为模型的扩展及其初步的临床试用。建立全腰椎L1-L5、骶骨、髋骨及耻骨的有限元模型,进行了正常脊柱在重力作用下和骨质疏松模型的力学评估,椎间盘切除术及内固定模型的生物力学分析。
周建强[6](2020)在《儿童下颈椎前路内固定系统的有限元建模与力学分析》文中提出目的:建立儿童颈椎前路内固定系统的三维有限元模型,为研究儿童颈部生物力学特性和损伤机制提供实验依据。方法:完整而精细地建立6岁儿童下颈椎有限元模型,在验证该模型有效性的基础上,进一步对比分析使用自行数字化设计的个性化系列儿童颈前路锁定内固定系统(颈前路Orion钢板内固定:Anterior cervical Orion plate fixation,ACOP、颈前路椎体锁定钢板内固定:Anterior cervical vertebral locking plate fixation,ACVLP、颈前路单皮质椎弓根锁定钢板内固定:Anterior cervical single cortical pedicle locking plate fixation,ACSLP、颈前路双皮质椎弓根锁定钢板内固定:Anterior cervical bicortical pedicle locking plate fixation,ACBLP),并获“一种颈前路螺钉锁定内固定系统”专利授权(ZL201822056700.9)。对比分析这4种不同的颈椎前路内固定系统有限元力学性能、螺钉-骨抗拔出力试验的有限元对比分析,内固定方式的位移情况、应力峰值。结果与结论:1.成功仿真构建了儿童颈部有限元三维模型及复杂的解剖学结构和各椎骨几何尺寸的变化特征,为后续损伤机理研究提供新的计算手段;2.该三维有限元模型在6种工况(前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转)下验证了模型的有效性;3.各模型中ACBLP椎体及附件所承受应力最小,内固定最好且对临近节段影响相对较小,ACSLP次之;4.颈前路双皮质椎弓根螺钉内固定(ACBS)中螺钉把持能力或抗拔出能力更出色,而单皮质内固定次之,显示出椎弓根内固定较单纯椎体内固定有更大的稳定性;5.在螺钉拔出过程中,螺钉杆前部承受最大应力,应力向中部及尖部传递过程中呈衰减趋势;6.所有内固定模型中颈椎椎体部位应力峰值最大;7.颈前路Orion螺钉和椎体钉锁定螺钉内固定无螺钉位于椎弓根,故椎弓根几乎无力学传导;8.颈前路单皮质和双皮质椎弓根螺钉内固定中后者椎弓根内应力峰值明显高于单皮质。
武鹏[7](2020)在《两种不同内固定方式治疗Hangman骨折的三维有限元分析》文中指出目的:利用三维有限元技术分析两种不同内固定方式治疗Levine-EdwardsⅡ型Hangman骨折的生物力学特性。方法:(1).利用三维有限元建模软件及正常成人上颈椎薄层CT扫描数据建立正常成人上颈椎(C0-C3)模型,验证该上颈椎模型的有效性。(2).在正常成人上颈椎模型(C0-C3)的基础,分别建立单纯C2椎弓根螺钉固定Levine-EdwardsⅡ型Hangman骨折模型(传统内固定组)及C2椎弓根螺钉联合Ω形横连固定Levine-EdwardsⅡ型Hangman骨折模型(新型内固定组),测量两种不同内固定组模型在不同工况下的上颈椎活动度、椎弓根螺钉最大应力及椎弓根螺钉轴向拔出力,对比分析两种不同内固定方式在治疗Levine-EdwardsⅡ型Hangman骨折的生物力学特性。结果:(1).成功建立正常成人上颈椎三维有限元模型,并通过了有效性验证,可用于上颈椎生物力学分析。(2).上颈椎活动度:传统内固定组与新型内固定组上颈椎各节段在不同工况下的活动度均相同,差别无统计学意义(P>0.05)。(3).椎弓根螺钉的最大应力:在前屈、后伸、侧屈(左+右)、旋转(左+右)方向上,新型内固定组椎弓根螺钉的最大应力较传统内固定组分别减小7.02%、6.09%、0.32%、0.40%。(4).椎弓根螺钉的轴向拔出力:在前屈、后伸、侧屈(左+右)方向上,新型内固定组椎弓根螺钉的轴向拔出力较传统内固定组分别减小27.2%、18.6%、1.1%,新型内固定组椎弓根螺钉在旋转(左+右)方向上的轴向拔出力与传统内固定组基本相同,差别无显着性差异(P>0.05)。结论:(1).C2椎弓根螺钉联合Ω形横连新型内固定方式对上颈椎生理性活动度的影响同传统内固定方式相似,均可最大程度上保留上颈椎活动度。(2).新型内固定方式较传统内固定方式可减小椎弓根螺钉的最大应力,有助于提高螺钉的抗疲劳性能,降低断钉的风险。(3).新型内固定方式较传统内固定方式可减小椎弓根螺钉的轴向拔出力,降低螺钉退钉的风险,更有利于维持骨折端的稳定性,是一种治疗Levine-EdwardsⅡ型Hangman骨折更为理想的内固定组合。
王华伟[8](2019)在《寰椎枕化寰椎侧块形态解剖学研究及有关致病机制的生物力学分析》文中研究表明研究背景:(1)寰椎枕化条件下骨性结构存在形态变异,手术置钉存在较大风险,目前文献中仍然缺乏对寰椎枕化寰椎侧块的形态学研究;(2)目前文献中已有较多针对颅颈交界区畸形情况下椎动脉变异的研究,而缺乏对寰椎侧块前方颈内动脉位置变异的研究;(3)寰椎枕化条件下的寰枢椎脱位和颅底凹陷发病机制未明,常规手段很难对其进行研究,有限元可以模拟寰椎枕化条件下的生物力学;(4)颅颈交界区畸形最终的发病原因主要归结于延髓-上颈髓的病理性改变,过大的组织内应力和应变等生物力学因素被认为是这种改变的主要致病机制,对其进行研究有益于治疗方式的选择和疾病转归的认识。研究目的:(1)从多个角度对寰椎枕化寰椎侧块形态进行定量测量,从而为术前评估与手术计划提供有效的参考指标,术中指导置钉操作;(2)对颈内动脉与寰椎枕化寰椎侧块的相互位置关系进行定性分析和定量测量,从而为术前评估提供有用的解剖学信息;(3)采用有限元研究的方法模拟寰椎枕化,研究这种病理情况下的生物力学,探索寰枢椎脱位和颅底凹陷的发病机理;(4)尝试采用连续薄层病理切片三维重建的方法,构建延髓-上颈髓有限元模型,探索寰枢椎脱位和颅底凹陷等对神经组织应力应变的影响。方法:(1)收集131例寰椎枕化患者和50例颅颈交界区结构正常患者的颈椎CT数据,利用Mimics软件对两组数据进行三维重建和再分割,分别测量寰椎枕化和正常C1侧块的相关参数;(2)收集配对的86例寰椎枕化患者和颅颈交界区结构正常患者的颈椎CTA数据,利用Mimics软件对两组数据进行三维重建和再分割,定性和定量的对颈内动脉与寰椎侧块的位置关系进行评估;(3)构建枕寰枢复合体有限元模型并进行验证,通过改变模型条件模拟寰枢椎枕化模型,提取两种模型不同工况下的各节段运动范围,横韧带和关节面的应力;(4)获取人体延髓-上颈髓标本,通过连续病理切片、染色、扫面、描绘、重建等处理,构建区分灰白质的延髓-上颈髓有限元模型,模拟寰枢椎脱位和颅底凹陷对延颈髓交界处的挤压和牵拉,提取应力和应变大小。结果:(1)除了内侧高度之外,其它所有高度和宽度的测量均呈现寰椎枕化组较对照组小(P<0.05);寰椎枕化组的理想钉道内倾角α(20.1±8.3。)较对照组(15.3±3.8。)大,且差异具有统计意义;寰椎枕化组(33.5±9.9。)和对照组(32.9±6.6。)在最大安全上倾角度β上并无统计学差异;(2)寰椎枕化组和对照组在颈内动脉与寰椎侧块的位置关系方面具有明显的统计学差异(P<0.05);颈内动脉内侧缘到正中矢状位的距离在寰椎枕化组为21.18±3.72 mm,对照组为22.66±3.11 mm(P<0.05);颈内动脉后缘至寰椎侧块前缘的最短距离平均值寰椎枕化组为3.67±2.16mm,而在对照组为3.60±1.25 mm(P>0.05);(3)相比正常模型,寰椎枕化模型整体在前屈、后伸、侧屈及旋转的运动角度分别减少39.2%、44.7%、18.8%和8.5%,横韧带最大应力则分别增加63.2%、6.1%、12.3%及21.5%,上关节面最大应力分别增加12.4%、22.6%、34.8%和26.1%;(4)随着挤压程度的逐渐增大,模型白质和灰质的最大应力均表现为增大趋势,当挤压程度达到>25%时,白质所受的应力突然增大;同样地,随着斜坡椎管角的逐渐减小,模型白质和灰质的最大应力均表现为增大趋势,当斜坡椎管角减小到120。时,白质所受的应力会突然增大。结论:(1)相对于正常对照组,枕化的寰椎侧块发育不完全,形态较小,但对于常用3.5 mm直径的颈椎螺钉的置入依然安全可行;鉴于枕化的寰椎侧块形态变异非常大,因此应对术前CT做多平面的重建和三维评估;有关置钉角度测量方面的数据虽为术者提供了精确的数据参考,但应个体化考虑;(2)寰椎枕化组颈内动脉与寰椎侧块的相对位置关系与对照组明显不同;在C1螺钉置入过程中,寰椎枕化患者颈内动脉损伤的危险性明显高于非寰椎枕化患者,建议所有寰椎枕化患者术前应该常规行颈椎CTA检查;(3)寰椎枕化患者双侧寰枕关节的丧失可以导致C1-C2节段的过度运动,从而致使横韧带和寰枢椎外侧关节面经受过度应力;对于寰椎枕化患者,即使临床上未出现任何症状,考虑其动态发展过程,也应该定期进行随访,并考虑在出现症状早期进行干预;(4)本研究成功构建了具有精细解剖结构的延髓-上颈髓有限元模型;随着挤压程度的增加和斜坡椎管角的减少,神经组织所受应力增加,但白质部分增加更为明显;延髓-上颈髓白质可能对灰质起到缓冲和保护的作用;相比于斜坡椎管角,寰齿间隙的减少对颅颈交界区神经的损害起主导作用。
刘峰[9](2019)在《3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的三维有限元分析》文中研究表明目的利用三维有限元方法,通过模拟建立使用传统钛网和3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的颈椎前路椎体次全切减压植骨融合内固定手术模型,进行对比分析两者在钛网、钛板钛钉及终板上Von-Mises应力分布情况及椎体位移峰值特点,来评估3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的生物力学特性,为临床应用及下一步改进提供理论依据。方法1.通过获取一名32岁正常健康男性志愿者的颈椎三维CT数据,以Dicom格式保存。在三维重建软件Mimics中将其导入,予以阈值分割、Mask等处理后导出,保存为STL格式。再在Geomagic软件中将之导入,对其进行逆向重建并予以完成模型相关的平滑,去噪等处理,以IGES格式保存。再在Ansys Workbench中将其导入,经一系列操作后,建立颈椎(颈3颈7)三维有限元模型。然后进行布尔运算,赋予材料参数,设置好接触,进行网格划分,予以模型40N的预载荷,1.5Nm的运动附加力矩,进行前屈后伸,左右侧屈,左右旋转运动,将计算所得的各运动节段活动度与以往文献对比,来评价模型的有效性。2.模型验证有效后,再在此模型上,模拟建立使用传统钛网和3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的颈椎前路椎体次全切减压植骨融合内固定手术模型。手术模型建立后,将其在前屈后伸,左右侧屈,左右旋转六种工况下,施加73.6N的预载荷和1.8Nm的运动附加力矩,比较两种ACCF手术模型中的钛网、钛板钛钉及终板上Von-Mises应力分布情况及椎体位移峰值特点。结果1.成功建立正常人的颈3颈7椎体的三维有限元模型。并在前屈后伸,左右侧屈,左右旋转工况下,下颈椎各节段的活动度与以往文献结果相似,在其范围内,证明模型有效。2.模拟使用传统钛网与3D打印颈椎多孔型金属网式融合器建立的颈椎前路椎体次全切减压植骨融合内固定手术模型的三维有限元分析结果:(1)在钛网最大应力方面,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器与传统钛网相比,在前屈状态下,其最大应力下降了91%;后伸状态下,下降了90%;左侧屈状态下,下降了98%;右侧屈状态下,下降了97%;左旋状态下,下降了86%;右旋状态下,下降了84%。(2)就椎体位移峰值而言,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器与传统钛网相比,在前屈及右侧屈状态下,两者最大椎体位移峰值相同;后伸及左侧屈状态下,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器最大椎体位移分别增加了0.02mm及0.16mm;左右旋状态下,其最大位移分别下降了0.04mm和0.21mm;两种钛网各有优劣。(3)就钛板钛钉最大应力而言,与传统钛网相比,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器手术模型组中钛板钛钉最大应力在前屈状态下增加了7%,在后伸状态下降低了37%,在左、右侧屈状态下降低了5%,在左旋状态下降低了9%,在右旋状态下降低了26%。(3)在C4椎体下终板的最大应力方面,与传统钛网相比,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的终板最大应力,在前屈状态下,下降了51%;在后伸状态下,下降了15%;在左侧屈状态下,下降了55%;在右侧屈状态下,下降了43%;在左旋状态下,下降了8%;在右旋状态下,下降了12%。在C6椎体上终板的最大应力方面,与传统钛网相比,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的终板最大应力,在前屈状态下,下降了43%;在后伸状态下,下降了83%;在左侧屈状态下,下降了70%;在右侧屈状态下,下降了52%;在左旋状态下,下降了55%;在右旋状态下,下降了29%。在前屈后伸,左右旋转工况下,两种钛网的终板应力最大值都位于上下终板后缘,但3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的终板后缘应力要小于传统钛网,且有显着性差异。结论1.建立的颈3颈7椎体三维有限元模型经验证有效,可用于三维有限元分析。2.与传统钛网相比,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器在理论上具有良好的即刻稳定性及应力分布情况。
宁栩[10](2019)在《前路上颈椎钩状钛板内固定器的三维有限元分析》文中提出目的:建立前路C1-3钩状钛板内固定器的有限元模型,对其进行模拟生物力学测试,并与椎弓根钉棒系统对比,分析C1-3钩状钛板模型的运动范围及其内固定器的应力分布情况,为临床应用提供依据。方法:1.选取一名27岁成年健康男性为志愿者,采集上颈椎(C0-C3)的CT数据,将颈椎图像输入三维重建软件中施行逆向重建,通过对其进行去噪、光滑以及打磨来建立椎间盘和小关节面等结构,继而产生完整的上颈椎三维实体模型。将得到的三维模型施行划分网格,继而对网格质量进行修改及调整,之后再区分髓核、纤维环,并对关节面及软骨终板进行提取。最终得到完整的正常上颈椎复合体的三维有限元模型。通过与Panjabi等[1-3]所测得的上颈椎实体实验ROM数据结果,Brolin等[4]在与本实验完全相同的加载情况及边界约束条件下所建立的有限元模型的数据结果行对比验证,证实本模型的有效性。2.在建立正常且有效的上颈椎三维有限元模型的基础上,进一步建立枢椎椎体病变(缺损)模型、钩状钛板模型、钉棒模型(寰椎侧块螺钉+C3椎弓根螺钉模型)。通过有限元法对比分析,比较4种模型的角位移情况,并结合C1-C3及内固定应力数据及应力云图分析应力分布情况,从而分析C1-3钩状钛板的生物力学性能及其内部的应力分布情况。结果:1.正常上颈椎有限元模型的建立与验证:在正常上颈椎模型上施加1.5Nm的力矩,结果显示正常上颈椎有限元模型CO-C1节段在前屈、后伸、旋转、侧屈工况下的活动度分别为20.15°、18.80°、6.03°、8.56°,C1-C2节段分别为11.57°、14.87°、6.25°、18.65°,C2-C3分别为3.15°、2.05°、3.64°、1.27°,与文献数据均基本符合,证实了本正常上颈椎模型的有效性及正确性。2.前路钩状钛板系统治疗枢椎椎体病变(如肿瘤、结核、骨折等)的有限元分析:在缺损模型上建立的两组内固定模型均能有效降低C1-C2、C2-C3节段的活动度,提供较好的稳定性。RCHP模型在C1-C2节段,活动度较枢椎缺损模型在前屈、后伸、侧屈、旋转各个工况下分别减少了88.6%、76.5%、96.2%、84.9%;在C2-C3节段,活动度较枢椎缺损模型在各个工况下分别减少了88.9%、93.0%、98.7%、86.5%。钉棒模型于C1-C2,活动度较枢椎缺损模型在前屈、后伸、侧屈、旋转各个工况下分别减少了94.0%、99.5%、81.7%、92.7%;在C2-C3节段,活动度较枢椎缺损模型在各个工况下分别减少了96.9%、96.7%、98.4%、94.8%。两种内固定模型的稳定性均明显强于正常模型及缺损模型;与钉棒模型相比,在侧屈工况下RCHP模型稳定性略强;而在前屈、后伸、旋转工况下,RCHP模型稳定性要略逊于钉棒模型。应力方面,RCHP在前屈、后伸、侧屈、旋转工况下的应力最值分别为141.81Mpa、610.52Mpa、238.39Mpa、414.69Mpa;钩板连接部位受力相对复杂(包括压、弯、扭),应力峰值主要位于此处,也就是说这里是钛板相对薄弱的区域。结论:(1)本实验所建立的正常上颈椎有限元模型真实有效,可进行生物力学相关研究。(2)钩状钛板用于枢椎椎体病损时可达到稳定目的,其稳定性在前屈、后伸、旋转工况下弱于后路钉棒内固定系统。(3)钩状钛板内固定器的钩板连接部存在局部应力过高的现象,设计有待进一步优化。
二、应用三维有限元模型研究颈椎不同工况下的生物力学变化(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、应用三维有限元模型研究颈椎不同工况下的生物力学变化(论文提纲范文)
(1)颈椎钩椎关节的基础与临床应用解剖学研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
文献综述 颈椎钩椎关节与颈椎病关系的基础与临床研究进展 |
1 “钩椎关节”概念的提出 |
2 钩椎关节的解剖毗邻 |
3 钩椎关节的发育学说 |
4 钩椎关节的生物力学研究 |
5 钩椎关节与颈椎病的关系 |
6 钩椎关节病变的诊断依据 |
7 钩椎关节病变的治疗 |
8 展望 |
9 参考文献 |
前言 |
第一部分 颈椎钩突的增龄形态学特征及临床意义 |
1 材料与方法 |
2 结果 |
3 讨论 |
4 结论 |
第二部分 颈椎钩突与椎动脉的位置关系及临床意义 |
1 材料与方法 |
2 结果 |
3 讨论 |
4 结论 |
第三部分 基于Micro-CT在颈椎钩突骨小梁显微结构的应用研究 |
1 材料与方法 |
2 结果 |
3 讨论 |
4 结论 |
第四部分切除不同范围钩突后钩椎关节及相关结构的有限元对比分析 |
1 材料与方法 |
2 结果 |
3 讨论 |
4 结论 |
结语 |
参考文献 |
致谢 |
附表 |
个人简历 |
在学期间主要研究成果 |
(2)三种后路单节段固定方式治疗Ⅱ型Hangman骨折的生物力学研究(论文提纲范文)
英文缩略词 |
中文摘要 |
英文摘要 |
1 前言 |
2 材料与方法 |
3 结果 |
4 讨论 |
5 结论 |
6 参考文献 |
附录 个人简介 |
致谢 |
综述 Hangman 骨折的不同手术方式的临床效果评估及生物力学研究现状 |
参考文献 |
(4)颈椎康复操对神经根型颈椎病的干预作用及机制研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
中英文缩略词表 |
第一部分 文献综述 |
综述一 神经根型颈椎病的诊断概况及其非手术治疗进展 |
1 病因病机 |
1.1 机械压迫 |
1.2 炎症浸润 |
2 诊断 |
2.1 临床表现 |
2.2 影像学检查 |
3 非手术治疗 |
3.1 西药 |
3.2 牵引 |
3.3 颈托 |
3.4 锻炼 |
3.5 中药 |
3.6 针灸 |
3.7 推拿手法 |
4 问题和展望 |
参考文献 |
综述二 三维有限元分析在颈椎病生物力学分析中的应用 |
1 颈椎有限元建模的发展历史 |
2 颈椎各部位的建模 |
2.1 颈椎体 |
2.2 椎间盘 |
2.3 韧带 |
2.4 颈肌 |
3 有限元分析技术在颈椎病研究中的应用价值 |
3.1 颈椎病发生机制探讨 |
3.2 颈椎病的治疗机制探讨 |
3.2.1 手法治疗 |
3.2.2 手术治疗 |
3.2.3 其他治疗措施 |
4 总结和展望 |
参考文献 |
第二部分 文献研究 功能锻炼治疗神经根型颈椎病的系统评价和Meta分析 |
1 前言 |
2 材料与方法 |
2.1 研究资料 |
2.1.1 纳入标准 |
2.1.2 排除标准 |
2.2 研究方法 |
2.2.1 资料来源和检索方法 |
2.2.2 文献筛选与数据提取 |
2.2.3 文献的偏倚风险评估 |
2.3 统计学方法 |
2.4 GRADE分级 |
3 结果 |
3.1 文献检索、筛选及纳入研究特征 |
3.2 纳入文献风险质量评估 |
3.3 Meta分析结果 |
3.3.1 VAS评分 |
3.3.2 NDI指数 |
3.3.3 SF-36或SF-12分数 |
3.3.4 发表偏倚 |
3.3.5 敏感性分析 |
3.3.6 亚组分析 |
3.3.7 GRADE分级 |
4 讨论 |
5 结论 |
参考文献 |
第三部分 临床研究 颈椎康复操对神经根型颈椎病干预作用的探索性试验 |
1 前言 |
2 资料与方法 |
2.1 研究对象 |
2.2 诊断标准 |
2.3 纳入标准 |
2.4 排除标准 |
2.5 脱落标准 |
2.6 剔除标准 |
2.7 终止标准 |
2.8 干预措施 |
2.9 观察指标 |
2.9.1 VAS评分 |
2.9.2 NDI指数 |
2.9.3 SF-12评分 |
2.9.4 不良反应 |
2.10 观察时间点 |
2.11 统计学方法 |
2.12 样本量情况 |
3 结果 |
3.1 研究总体情况 |
3.2 两组基线情况 |
3.2.1 性别 |
3.2.2 年龄 |
3.2.3 病程 |
3.2.4 患肢情况 |
3.2.5 干预前评价指标的情况 |
3.3 观察结果 |
3.3.1 NDI指数 |
3.3.2 VAS评分 |
3.3.3 SF-12 PCS评分 |
3.3.4 SF-12 MCS评分 |
3.3.5 不良反应 |
4 讨论 |
4.1 研究设计方面 |
4.1.1 研究类型 |
4.1.2 样本量 |
4.2 研究内容 |
4.2.1 “筋束骨”理论指导下神经根型颈椎病“筋”、“骨”关系辨析 |
4.2.2 功能锻炼对颈椎的作用及颈椎康复操的合理性 |
4.2.3 研究对象的选择 |
4.2.4 研究结果分析 |
4.3 局限性 |
5 结论 |
参考文献 |
第四部分 应用基础研究 基于筋束骨理论探讨颈椎康复操对神经根型颈椎病患者肌张力及颈椎活动度的影响 |
前言 |
实验一 颈椎康复操对神经根型颈椎病患者的颈肌肌张力影响研究 |
1 资料来源 |
2 仪器与方法 |
2.1 测量仪器 |
2.2 测量部位 |
2.3 测量方法 |
3 分析方法 |
4 结果 |
4.1 干预前颈椎肌张力云图 |
4.2 干预后1周颈椎肌张力云图 |
4.3 干预后2周颈椎肌张力云图 |
4.4 干预后3周颈椎肌张力云图 |
4.5 干预后4周颈椎肌张力云图 |
实验二 颈椎康复操对神经根型颈椎病患者颈椎活动度的干预作用 |
1 资料来源 |
2 仪器与方法 |
2.1 测量仪器与软件 |
2.2 测量方法 |
3 统计分析 |
4 结果 |
4.1 颈椎前屈角度 |
4.2 颈椎后伸角度 |
4.3 颈椎左侧屈角度 |
4.4 颈椎右侧屈角度 |
4.5 颈椎左旋角度 |
4.6 颈椎右旋角度 |
5 讨论 |
5.1 目前肌张力测量的现状、局限性及使用肌张力云图的必要性 |
5.2 肌张力实验部分结果分析 |
5.2.1 肌张力与颈椎功能的关系 |
5.2.2 颈椎康复操对颈肌肌张力影响的结果分析 |
5.2.3 颈椎康复操对颈肌肌张力影响的原因探讨 |
5.3 颈椎活动度指标的选择理由 |
5.4 选用动态捕捉技术测量颈椎活动度的必要性 |
5.5 颈椎活动度结果分析 |
5.5.1 颈椎前屈角度 |
5.5.2 颈椎后伸角度 |
5.5.3 颈椎左侧屈角度 |
5.5.4 颈椎右侧屈角度 |
5.5.5 颈椎左旋角度 |
5.5.6 颈椎右旋角度 |
5.6 “筋柔”对“骨正”的潜在影响 |
5.7 实验中的注意事项 |
5.7.1 肌张力实验部分 |
5.7.2 动态捕捉部分实验 |
6 总结 |
参考文献 |
第五部分 基础研究 颈椎康复操对神经根型颈椎病干预的生物力学研究 |
前言 |
实验一 动态捕捉系统对颈椎康复操的量化研究 |
1 资料来源 |
2 仪器与方法 |
2.1 测量仪器与软件 |
2.2 测量方法 |
2.2.1 动作拆分 |
2.2.2 测量方法 |
2.2.3 测量结果 |
实验二 颈椎有限元模型的建立及颈椎康复操的机制研究 |
1 实验材料 |
1.1 硬件设备 |
1.2 软件设备 |
1.3 实验对象 |
2 图像采集 |
3 三维有限元模型的构建 |
3.1 骨性结构的构建 |
3.2 颈椎间盘的构建 |
3.3 关节软骨模型的提取与创建 |
3.4 韧带和肌肉的构建 |
3.5 网格划分 |
3.6 材料参数设置 |
4 有限元模型的有效性验证 |
5 颈椎康复操动作加载情况 |
6 结果 |
6.1 前屈后伸 |
6.1.1 前屈动作 |
6.1.2 后伸动作 |
6.2 旋颈望踵 |
6.3 回头望月 |
6.4 雏鸟起飞 |
6.5 摇转双肩 |
实验三 神经根型颈椎病三维有限元模型的构建及颈椎康复操治疗机制的探讨 |
1 实验材料 |
2 图像采集 |
3 神经根型颈椎病三维有限元模型的构建 |
4 加载条件和工况 |
5 结果 |
5.1 神经根型颈椎病三维有限元模型椎间隙高度和椎间孔大小的变化 |
5.2 不同肌张力的神经根型颈椎病模型应力分析结果 |
5.2.1 前屈工况 |
5.2.2 后伸工况 |
5.2.3 旋转工况 |
5.2.4 侧屈工况 |
6 讨论 |
6.1 颈椎康复操量化研究 |
6.2 颈椎三维有限元模型的构建与验证 |
6.3 肌肉肌张力与材料参数刚度的关系 |
6.4 颈椎康复操动作加载的有限元结果分析 |
6.5 颈椎康复操治疗神经根型颈椎病机制分析 |
6.6 研究的局限性 |
7 结论 |
参考文献 |
创新点 |
致谢 |
个人简介 |
附录 |
(5)脊柱结构强非线性功能运动的机理研究及其临床应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状与趋势 |
1.2.1 有限元法及脊柱生物力学研究概述 |
1.2.2 腰椎有限元的研究进展 |
1.2.3 颈椎有限元的研究进展 |
1.2.4 外植入器械设计和植入后的生物力学性能研究进展 |
1.3 研究内容 |
第二章 腰椎L4-L5三维有限元模型的建立 |
2.1 脊柱构造 |
2.1.1 脊柱整体结构特征 |
2.1.2 椎骨结构特征 |
2.1.3 椎间盘结构特征 |
2.1.4 韧带结构特征 |
2.2 腰椎L4-L5有限元模型的建立 |
2.2.1 建模方法 |
2.2.2 椎骨几何模型建立 |
2.2.3 椎骨网格模型建立 |
2.2.4 椎间盘与韧带网格模型建立 |
2.2.5 腰椎L4-L5节段网格模型建立 |
2.2.6 材料属性 |
2.2.7 边界条件 |
2.3 有限元结果分析 |
2.3.1 有限元应力/应变图 |
2.3.2 有限元模型工况分析小结 |
2.3.3 关键结构参数的灵敏度分析 |
2.4 本章小结 |
第三章 脊柱L4-L5有限元模型的优化校准 |
3.1 实验方案与步骤 |
3.2 实验与仿真验证方案 |
3.2.1 韧带模型优化 |
3.2.2 参数的二次灵敏度分析 |
3.2.3 仿真数据的调试校准 |
3.3 本章小结 |
第四章 腰椎L4-L5有限元模型工况完善及扩展 |
4.1 模型的压缩工况分析及完善 |
4.1.1 模型的压缩工况分析 |
4.1.2 模型的逐步完善 |
4.2 腰椎有限模型建立 |
4.2.1 整体腰椎有限元模型建立 |
4.2.2 腰椎模型力学分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 腰椎模型的相关临床应用 |
5.1 脊柱模型在重力作用下的力学分析 |
5.2 脊柱骨质疏松模型的力学分析 |
5.3 脊柱椎间盘髓核切除与内固定模型的生物力学分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
(6)儿童下颈椎前路内固定系统的有限元建模与力学分析(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
前言 |
参考文献 |
第一部分 6岁儿童下颈椎有限元模型建立及有效性验证 |
1.0 引言 |
1.1 材料与方法 |
1.2 结果 |
1.3 讨论 |
1.4 结论 |
参考文献 |
第二部分 C4/5间盘摘除后下颈椎前路内固定技术的有限元比较 |
2.0 引言 |
2.1 材料与方法 |
2.2 结果 |
2.3 讨论 |
2.4 结论 |
参考文献 |
第三部分 4种内固定模型螺钉-骨抗拔出力试验的有限元分析 |
3.0 引言 |
3.1 材料与方法 |
3.2 结果 |
3.3 讨论 |
3.4 结论 |
参考文献 |
文献综述 儿童下颈椎内固定术相关诊治研究进展 |
参考文献 |
中英文缩略表 |
攻读学位期间发表文章情况 |
个人简历 |
致谢 |
(7)两种不同内固定方式治疗Hangman骨折的三维有限元分析(论文提纲范文)
英文缩略词 |
摘要 |
Abstract |
引言 |
第一部分 正常上颈椎三维有限元模型的建立及有效性验证 |
1 引言 |
2 材料与方法 |
3 结果 |
4 讨论 |
5 结论 |
第二部分 两种不同内固定方式治疗Hangman骨折的有限元分析 |
1 前言 |
2 材料与方法 |
3 结果 |
4 讨论 |
5 结论 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
综述 Hangman骨折的研究进展 |
参考文献 |
(8)寰椎枕化寰椎侧块形态解剖学研究及有关致病机制的生物力学分析(论文提纲范文)
英文缩略词表 |
中文摘要 |
Abstract |
前言 |
第一部分 寰椎枕化寰椎侧块的形态学测量 |
引言 |
材料与方法 |
结果 |
讨论 |
小结 |
第二部分 寰椎枕化寰椎侧块与颈内动脉相对位置关系的研究及其临床意义 |
引言 |
材料和方法 |
结果 |
讨论 |
小结 |
第三部分 寰椎枕化寰枢椎不稳及颅底凹陷发病机制的有限元研究 |
引言 |
材料和方法 |
结果 |
讨论 |
小结 |
第四部分 延髓-上颈髓有限元模型的建立及其在颅颈交界区畸形神经受损发病机制研究中的应用 |
引言 |
材料和方法 |
结果 |
讨论 |
小结 |
参考文献 |
文献综述 颅颈交界区的骨骼发育与生物力学 |
参考文献 |
攻读学位期间发表文章情况 |
致谢 |
(9)3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的三维有限元分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
中英文缩写对照表 |
绪论 |
第一部分 颈 3~颈7椎体三维有限元模型的建立并验证其有效性 |
一、实验材料 |
二、实验步骤 |
三、结果 |
四、讨论 |
第二部分 3D打印颈椎多孔型金属网式融合器与传统钛网在ACCF手术中的三维有限元分析 |
一、建模资料 |
二、实验步骤 |
三、统计学处理 |
四、结果 |
五、讨论 |
结论 |
参考文献 |
综述 |
参考文献 |
作者攻读硕士学位期间的科研成果 |
致谢 |
(10)前路上颈椎钩状钛板内固定器的三维有限元分析(论文提纲范文)
中文摘要 |
abstract |
第一部分 正常上颈椎有限元模型的建立和验证 |
绪论 |
1 资料与方法 |
2 实验结果 |
3 讨论 |
4 结论 |
第二部分 前路钩状钛板系统治疗枢椎椎体椎体病变的有限元分析 |
绪论 |
1 资料与方法 |
2 实验结果 |
3 讨论 |
4 结论 |
参考文献 |
综述 |
参考文献 |
致谢 |
四、应用三维有限元模型研究颈椎不同工况下的生物力学变化(论文参考文献)
- [1]颈椎钩椎关节的基础与临床应用解剖学研究[D]. 王星. 北京中医药大学, 2021(02)
- [2]三种后路单节段固定方式治疗Ⅱ型Hangman骨折的生物力学研究[D]. 阮汉江. 安徽医科大学, 2021(01)
- [3]颈椎前路记忆加压固定器置入后对邻近节段影响的三维有限元分析[J]. 王宏博,刘俭涛,李昂,冯世庆,高坤,翟功伟,王家林,刘斌峰,高延征. 中华骨科杂志, 2020(16)
- [4]颈椎康复操对神经根型颈椎病的干预作用及机制研究[D]. 梁龙. 中国中医科学院, 2020(01)
- [5]脊柱结构强非线性功能运动的机理研究及其临床应用[D]. 杨明. 广州大学, 2020(02)
- [6]儿童下颈椎前路内固定系统的有限元建模与力学分析[D]. 周建强. 内蒙古医科大学, 2020(03)
- [7]两种不同内固定方式治疗Hangman骨折的三维有限元分析[D]. 武鹏. 安徽医科大学, 2020(02)
- [8]寰椎枕化寰椎侧块形态解剖学研究及有关致病机制的生物力学分析[D]. 王华伟. 中国人民解放军医学院, 2019(02)
- [9]3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的三维有限元分析[D]. 刘峰. 南华大学, 2019(01)
- [10]前路上颈椎钩状钛板内固定器的三维有限元分析[D]. 宁栩. 南华大学, 2019(01)
标签:颈椎论文; 有限元论文; 腰椎间盘论文; 神经根型颈椎病论文; 颈椎病的最好锻炼方法论文;