腰椎模擬肌肉在橫向撞擊中的生物力學(xué)研究.pdf

1、隨著道路交通事業(yè)的發(fā)展，交通創(chuàng)傷已經(jīng)躍居為人類死亡率第四位。在交通創(chuàng)傷中，近年來國內(nèi)有關(guān)交通傷的流行病學(xué)及臨床統(tǒng)計文獻(xiàn)已提及脊柱損傷可占全部創(chuàng)傷的6％，可見交通傷中脊柱損傷的普遍性及不良預(yù)后應(yīng)得到足夠重視。在交通傷中，人體受到的沖擊載荷最常見的是胸背向Gx(如汽車追尾)和頭盆向Gz(如軍用飛機(jī)彈射救生)的載荷。國內(nèi)就頭盆向研究較多，而就胸背向研究較少，而且在以往的研究中，很少考慮肌肉在撞擊中所起的作用，盡管肌肉構(gòu)成了脊柱穩(wěn)定的積極的子系

2、統(tǒng)，但由于在離體實驗中不易模擬肌肉作用，探討肌肉功能對脊椎穩(wěn)定性的文獻(xiàn)相對有限。因此本研究的目的為：利用架設(shè)的肌肉模擬系統(tǒng)測試平臺，借此探討腰部肌肉收縮作用在橫向撞擊傷中對腰椎穩(wěn)定性的影響。 本研究包括： 1、利用架設(shè)的肌肉模擬系統(tǒng)測試平臺分析橫向撞擊傷中肌肉對腰椎的生物力學(xué)作用； 2、利用一種新型的工作站對腰椎周圍肌肉及其相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化研究。 材料和方法： 1.將24具新鮮豬腰椎隨機(jī)分為兩組

3、：一組運用架設(shè)的肌肉模擬系統(tǒng)測試平臺模擬L4周圍4對肌肉對L4進(jìn)行固定；另一組不給予外加載荷進(jìn)行保護(hù)；各組再隨機(jī)分為兩組，在CZZ-II型人體撞擊實驗機(jī)上對腰椎分別施以40J、80J的能量橫向撞擊，撞擊前后標(biāo)本均拍攝x線片，并進(jìn)行三維運動測試和大體解剖學(xué)觀察，三維運動測試數(shù)據(jù)結(jié)果運用配對t檢驗進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。 2.把CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入操作系統(tǒng)中，將Dicom數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為8-bit格式，刪除圖像中多余的部分，縮小數(shù)據(jù)集，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的對比度，

4、便于進(jìn)行可視化操作。把數(shù)據(jù)加載到VR環(huán)境中，實現(xiàn)CT數(shù)據(jù)的可視化，調(diào)節(jié)對比度、透明度等值，然后分別對腰椎、豎脊肌、腰大肌、腰方肌、腹主動脈、下腔靜脈進(jìn)行重建，并賦予不同的顏色。重建各部分后將各個部分合成到一個操作界面上。 結(jié)果： 1.三維運動測試顯示無模擬肌肉保護(hù)組在40J能量撞擊下在前屈、后伸等幾個方向已經(jīng)出現(xiàn)顯著性失穩(wěn)，在80J能量撞擊下，六個方向均出現(xiàn)了顯著性失穩(wěn)。而有模擬肌肉保護(hù)的腰椎在40就能量撞擊下僅右旋出現(xiàn)

5、顯著性失穩(wěn)，在80J能量撞擊下僅后伸、右旋方向出現(xiàn)顯著性失穩(wěn)。X線平片顯示腰椎在40J能量組撞擊后，標(biāo)本均未見損傷，80J能量撞擊后無模擬肌肉保護(hù)組部分標(biāo)本出現(xiàn)腰椎椎體骨折。大體解剖學(xué)觀察見40J能量撞擊下，無肌肉模擬組表現(xiàn)為棘上韌帶和棘間韌帶的損傷，有肌肉模擬組未見損傷。80J能量撞擊下，無肌肉模擬組表現(xiàn)為部分椎體骨折、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊韌帶、后縱韌帶的損傷，有肌肉模擬組僅表現(xiàn)為棘上韌帶和棘間韌帶的損傷。 2.建立了腰椎、豎脊肌、腰

6、大肌、腰方肌、腹主動脈、下腔靜脈的三維可視化模型，重建后的結(jié)構(gòu)可多彩色立體顯示，既能單獨顯示，也能任意搭配或總體顯示，可在三維空間位置上繞任意軸旋轉(zhuǎn)任意角度觀察。 結(jié)論： 1.實驗證明在橫向撞擊傷中，L4-L5節(jié)段中模擬肌肉能有效減少腰椎在在屈伸和側(cè)彎方向的運動幅度，減少對撞擊對周圍結(jié)構(gòu)的損傷，因此L4-L5節(jié)段中模擬肌肉對腰椎能起到較大的保護(hù)作用。 2.重建的三維立體圖像有如下優(yōu)勢：a、能沿任一軸旋轉(zhuǎn)，能以任意