拔伸按压手法对退变腰椎节段应力分布影响的有限元分析

目的:比较利用拔伸按压手法作用下正常腰椎节段与退变腰椎节段三维有限元模型的应力变化特点及量效关系,分析拔伸按压手法对退变腰椎节段力学调衡的作用机制。方法:选择患有椎间盘突出症和正常男性志愿者各1例,年龄(40±5)岁,身高(175±5)cm,体质量(70±5)kg,正常男性志愿者排除腰椎疾病史,志愿者对试验方案知情同意,且得到医院伦理道德委员会批准。进行CT扫描,扫描层厚0.3mm,共获得轴位断层图像376层,并储存于CT工作站主机硬盘内,然后以DICOM数据刻盘保存。将所有CT图像数据输入Mimics软件中进行分析。利用对退变腰椎间盘的数据,结合数字化的力学工程软件建立了人体脊柱退变腰椎节段(L1-L5)完整、真实的三维有限元模型,其模型高度模拟了腰椎的结构几何非线性、材料非线性与接触非线性,具有结构完整、空间结构的测量准确度高、单元划分精细、重点突出等优点,并模拟了腰椎节段前屈与后伸的生理活动。在加载外力即拔伸按压手法作用下分析退变腰椎节段的应力变化特点,外加载荷逐渐递增的过程中分析退变腰椎节段的应力变化的量效关系,并与正常腰椎节段的三维有限元模型作比对,分析拔伸按压手法对退变腰椎节段力学调衡作用机制。结果:拔伸按压手法对退变腰椎节段力学调衡作用主要表现在能改变椎间盘内的应力分布,一定程度的增大椎管内的空间,使神经根所受的应力减小,椎体、小关节应力、椎弓根应力后伸位大于前屈位;椎间盘内部应力前屈位大于后伸位;且均由上至下呈逐渐增大的趋势。结论:其结果能够反映通过拔伸按压手法对人体退变腰椎节段的力学环境的调衡起到改善和治疗腰椎间盘病变的目的。同时与人体正常腰椎节段三维有限元模型作对比,从生物力学环境与特性改变角的度研究腰椎退变的过程,能够为临床和科研提供一种有效地预防和治疗脊柱腰椎节段病损的方法。