腰背肌功能鍛煉計(jì)算機(jī)模擬研究.pdf

1、研究目的： 本研究擬通過(guò)在建立的腰椎運(yùn)動(dòng)節(jié)段三維可視化生物力學(xué)模型上，借助脊柱橫截面積肌力計(jì)算法，求出正常解剖狀態(tài)下腰椎受力數(shù)值，模擬腰背肌鍛煉時(shí)腰4、5節(jié)段前屈10°、后伸5°、左右側(cè)屈各5°的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)四種工況條件下腰4、5椎體及腰椎間盤髓核的應(yīng)力、椎體及椎間盤髓核位移的變化數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、整理，比較腰椎運(yùn)動(dòng)節(jié)段在不同應(yīng)力下的相關(guān)參數(shù)變化，為腰背肌鍛煉作用機(jī)理提供理論依據(jù)，并最終指導(dǎo)腰部疾息的康復(fù)及治療。 對(duì)象與方法

2、： 1.原始數(shù)據(jù)采集收集若干正常人脊柱腰段腰4、5活動(dòng)節(jié)段相關(guān)CT斷層連續(xù)掃描數(shù)據(jù)，并以Dicom格式存儲(chǔ)在軟盤上備用。 2.建模 利用收集的CT數(shù)據(jù)，借助相關(guān)計(jì)算機(jī)三維建模軟件ABAQUS及ANSYS，初步建立腰4、5節(jié)段的幾何模型，再利用橫截面積肌力計(jì)算法求出正常人體腰大肌、腰方肌、豎脊肌，腹直肌、腹內(nèi)外斜肌及腹橫肌群、前后縱韌帶的橫截面積的平均值及中心距，并將得出的力矩結(jié)果等價(jià)換算為作用于模型上加載節(jié)點(diǎn)的力

3、。對(duì)建立的幾何模型各部分賦予力學(xué)參數(shù)，最終建立腰4、5節(jié)段的生物力學(xué)有限元模型。 3.力學(xué)分析 在建立的模型上模擬腰背肌鍛煉時(shí)腰4、5節(jié)段前屈10°、后伸5°、左右側(cè)屈各5°的力學(xué)負(fù)荷，對(duì)四種工況條件下腰4、5椎體及腰椎間盤髓核的應(yīng)力、椎體及椎間盤髓核位移的變化數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、整理，比較腰椎運(yùn)動(dòng)節(jié)段在不同應(yīng)力下的相關(guān)參數(shù)變化。 結(jié)果： 1.成功建立了正常人體脊柱腰4、5活動(dòng)節(jié)段的生物力學(xué)有限元模型。包括椎體

4、、終板、椎間盤組織、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)、韌帶。其中單元數(shù)為15000個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為24990個(gè)。 2.成功進(jìn)行了前屈10°、后伸5°、左右側(cè)屈各5°的工況加載，數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，不同工況條件下，腰段脊柱內(nèi)部相關(guān)部位都處于高應(yīng)力狀態(tài)。腰4、5節(jié)段在四種工況條件下各椎體的平均應(yīng)力值大于其椎間盤髓核平均應(yīng)力值，椎體及髓核的應(yīng)力值由腰4到腰5逐漸增大，前屈位髓核內(nèi)壓明顯大于后伸位。在前屈10°、后伸5°兩種工況條件下，椎體承載后的變形能力小于其椎