弯矩作用下姿势性脊柱后凸的生物力学响应

背景:关于脊柱后凸的生物力学研究大多集中在躯干肌肉力量以及矢状面平衡等方面,关于脊柱后凸过程中脊柱内部的生物力学响应鲜有报道。目的:通过模拟姿势性脊柱后凸过程,探究姿势性脊柱后凸过程中脊柱的生物力学响应。方法:建立正常人胸腰段三维有限元模型(T_(1)-S1节段),通过在T_(1)、T6、T_(12)椎骨上施加三点力系的方式施加1.15-11.52 N·m共10组等距递增的弯曲载荷,模拟正常人姿势性脊柱后凸过程,分析载荷与Cobb角关系和弯曲载荷作用下胸椎、肋骨、椎间盘的生物力学响应。结果与结论:①姿势性脊柱后凸过程中,T_(1)-T_(12)节段Cobb角与载荷大小呈线性关系;②胸椎、肋骨和椎间盘上的最大应力随着载荷的增加而增加;③在11.52 N·m力矩作用下,胸椎、肋骨和椎间盘的最大应力分别出现在T6椎骨的前侧、第10对肋骨的肋头处和T5-T6节段椎间盘的右后侧;④结果提示,姿势性脊柱后凸会导致胸椎、肋骨和椎间盘上应力增大,其中T6椎骨前侧、第10对肋骨的肋头处与T5-T6节段椎间盘前后侧应力增加最明显,可能会增加胸椎、肋骨和椎间盘的损伤风险,为脊柱后凸矫形器的设计提供生物力学依据。