颈肌参与下颈椎运动的生物力学分析与研究

颈肌参与下颈椎运动的生物力学分析与研究 颈肌参与下颈椎运动的生物力学分析与研究 颈肌参与下颈椎运动的生物力学分析与研究 目的:采用三维空间有限元计算的方法，建立完整的颈椎三维空间有限元模型，并将与颈椎相关的主要肌肉、韧带加载于模型上，研究颈椎前屈、后伸、侧屈、旋转等多种工况下，各部位的应力、应变规律。从应力、应变的角度，探讨颈椎常见病的生物力学机制。 方法:在模型的建立方面，通过对尸体颈段脊柱各节点三维坐标的测量，将颈段脊柱划分为276个单元，647个节点，沿X、Y、Z三个方向平移和绕此三轴转动的六个自由度，建立机内模型，模拟完整的颈段脊柱力学模型。通过横截面积肌力计算法，测量尸体颈椎周围的主要肌肉:胸锁乳突肌、斜方肌、头长肌、颈长肌、肩胛提肌、夹肌、前斜角肌、中斜角肌、后斜角肌、多裂肌等的横截面积及其与颈椎纵轴的中心距数值，求得力矩值，直接或根据力矩等价公式间接的将肌力值加载于模型体表各点。同时考虑头颅的重力并进行加载，使其接近正常人体颈段脊柱的力学状态。运用颈椎周围不同肌肉对颈椎作用力的变化，模拟正常活动范围内颈椎前屈、后伸、侧屈、旋转等多种工况。分别计算并得出相应载荷下颈段脊柱各相关部位的应力、应变值。 结果: 1 钩椎关节在各种工况下的受力，总体上集中于中下段。前屈时，由上至下呈现逐渐增大趋势;后伸时，在C_(4-5)、C;,;出现应力集中现象。 2小关节各种状态下的受力状况为:总体趋势与钩椎关节相同。前屈时Z轴上受到拉应力，后伸时受到压应力，且后伸时承受的应力是前屈时的2倍多。这说明小关节在后伸时起到承受和传导载荷的作用。 3椎间盘、椎体内部的受力总体上呈现逐渐增大趋势，中立位肌肉放松时承受的应力最小，且前屈时较后伸时的应力明显增大。椎间盘上下点最大相对位移差和其后缘最大剪应力位于 C;,;之间。椎体后缘在前屈时受到拉伸力，后伸时受到压缩载荷，且前屈时的拉伸力明显大于后伸时的压缩力，各种工况下椎体后缘的剪应力集中于C。。节段。 结论:不同运动状态下，中下段颈椎的钩椎关节、小关节、椎体后缘、椎间盘等相应部位出现应力集中。应力持续集中是颈榷慢性损伤的重要生物力学因素，可使局部骨质的内部结构和外部形态发生变化，使局部的骨质破坏、增生、软组织劳损退变，以及 无菌性炎症等退行性改变。本研究为临床探讨颈段脊柱常见病的病因、病机和防治提供了较为客观的数据，在研究颈椎运动的方法上较理想地模拟了完整颈椎的运动模式。并加载了肌力及韧带力，在颈椎生物力学研究上，具有开创性的意义。 英文摘要3-6中文摘要6-8正文8-31前言8-10有限元计算原理10实验方法10-15试验结果与分析15-19讨论19-2929-31 参考文献 31-35致谢35-36图片36-39