瞬态载荷下L4/L5椎间盘内流固耦合效应

中医正脊治疗通过对腰椎施加瞬态拉伸和旋转来治疗腰椎间盘退变,本文采用考虑流固耦合效应的数值模拟研究其生物力学机制.通过实验测量和文献调研,确定了合理的拉伸和旋转的载荷参数;发展了使用人体断层扫描图像结合解剖学数据建立详细腰椎几何模型的方法;将松质骨、终板、椎间盘考虑为多孔弹性介质,其他组织考虑为线性弹性介质,进而建立了考虑生物组织中流固耦合效应的物理模型;通过数值模拟得到了不同瞬态载荷及其组合作用下椎间盘内应力-应变与流体流动的变化规律.研究发现,瞬态载荷通过改变L4/L5椎间盘基质应力和髓核内外压力梯度,在髓核中产生流体流动;拉伸加载引起流体先流出髓核、再流入髓核,产生含水量变化;顺时针旋转加载在髓核左右产生相反的流动,髓核右侧的含水量变化较左侧大.本研究所采用的方法为流动过程相关的人体椎间盘退变病理生理机制研究提供了新的方法,为中医正脊研究提供科学化思路,也为相关的力学-生物学耦合研究和髓核再生的基础研究提供了一个切入点.