不同腰椎生理曲度下牵引的三维有限元分析

背景:近年来利用有限元分析方法研究腰椎生物力学成为热点,研究认为腰椎生理性前凸可减少腰椎间盘压力负荷,而对腰椎起保护效应。目的:研究腰椎在正常生理曲度、屈曲位及最大过伸位下进行腰椎牵引时对L1-L5腰椎各节段的生物力学效应,并评估腰椎牵引的最佳生理曲度。方法:选取1名健康男性志愿者,26岁,身高174 cm,体质量60 kg,既往体健,排除腰椎骨骼异常疾病。以受试者L3为作用点徒手操作南少林倒盖金被法,利用DR机分别获得受试者腰椎起始位和最大过伸位的腰椎侧位片,构建全腰椎有限元模型。计算腰椎不同生理曲度下全腰椎各节段椎体、椎间关节、椎间盘、前纵韧带的应力值及分布情况的变化。研究方案的实施符合福建中医药大学附属康复医院相关伦理要求,受试者对试验过程完全知情同意。结果与结论:①模拟腰椎前屈、后伸,左右侧弯,左右旋转6种工况活动度:L1-L2的前屈与后伸活动度之和为9.31°,左右侧弯9.84°,左右旋转4.43°;L2-L3:前屈与后伸10.22°,左右侧弯12.35°,左右旋转4.57°;L3-L4的前屈与后伸的活动度之和为11.20°,左右侧弯11.63°,左右旋转5.32°;L4-L5前屈与后伸活动度之和13.16°,左右侧弯11.58°,左右旋转5.05°;②在正常生理曲度牵引腰椎时,腰椎各个结构的应力值远大于过伸位牵引的应力值;前纵韧带应力值正常曲度是2.47 MPa,过伸位是21.20 MPa;L3的椎体应力值达到最大,是过伸位牵引应力值的4倍;L2-L3的椎间关节及椎间盘的应力值在腰椎各个节段是最大的;③结果说明,腰椎在过伸位较正常生理曲度牵引下椎体、椎间关节、椎间盘的压力减轻更大,而且前纵韧带的压力值始终在安全范围内。腰椎在过伸位牵引时可能获得更好的临床疗效,同时具备一定的安全性。

倒盖金被手法在腰椎间盘生物力学中的三维有限元分析

背景:南少林手法将武术精华运用于整骨理筋和按摩手法中,形成了独特的中国骨伤治疗技术,研究发现南少林理筋整脊手法治疗腰椎间盘突出症有显著疗效。目的:运用三维有限元法分析倒盖金被手法作用于腰椎间盘的生物力学效应。方法:选择一名健康青年男性志愿者,根据其CT扫描结果构建全腰椎(L1-L5)三维有限元模型。在已验证有效性的全腰椎模型上模拟加载倒盖金被手法,计算不同顶推高度下腰椎间盘的应力分布及变化情况。结果与结论:(1)当L3椎体被顶推10 cm总位移后,各椎间盘平均应力最值约9.2 MPa,其中L4-5椎间盘存在部分单元的应力集中现象。(2)随着顶推高度的增加,各椎间盘的应力呈现近似线性增长的趋势,各椎间盘应力值范围分别为:L1-2椎间盘1.36-7.36 MPa,L2-3椎间盘1.64-7.82 MPa,L3-4椎间盘1.52-9.20 MPa,L4-5椎间盘1.25-8.71 MPa;应力分布情况为:L3-4>L4-5>L2-3>L1-2。(3)腰椎间盘应力变化以髓核为中心向边缘递增,应力最大处为纤维环前侧。(4)结果表明,倒盖金被手法操作时腰椎间盘总体应力分布规律前后一致、逐渐递增,提示手法操作应循序渐进,以确保其安全性。