頸椎牽引的生物力學(xué)研究及其牽引設(shè)備的研制.pdf

1、頸椎牽引是臨床治療和緩解頸椎病的有效方式之一，在常用牽引力范圍之內(nèi)，牽引角度對(duì)治療有明顯的效果。由于頸椎的在體力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)起來比較艱難，加之計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的快速發(fā)展，利用醫(yī)學(xué)圖像的三維建模技術(shù)和有限元計(jì)算對(duì)頸椎牽引進(jìn)行生物力學(xué)的研究獲得人們的普遍青睞。由于頸椎骨骼形狀的不規(guī)則性以及其肌肉韌帶結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得人們對(duì)于頸部的完整骨-肌系統(tǒng)建模比較困難，大量的有限元分析研究都是集中在頸椎椎體、椎間盤和韌帶上，而對(duì)于考慮頸部肌肉力對(duì)頸椎牽引影

2、響的有限元研究就更少。
　　本文在正常人頸椎的CT斷層掃描圖像基礎(chǔ)上,利用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件 Simpleware獲取其整體輪廓范圍，通過閾值分析、區(qū)域增長(zhǎng)、遞歸高斯過濾等步驟，建立一個(gè)包括椎體、椎間盤、關(guān)節(jié)軟骨、前縱和后縱韌帶、黃韌帶、棘間韌帶和棘上韌帶的Cl-C7全頸椎三維模型，并將其導(dǎo)入逆向工程軟件 Geomagic Studio2013中，對(duì)模型進(jìn)行去噪、孔填充、邊界修復(fù)等處理，并與 AnyBody中導(dǎo)出的頸椎椎體進(jìn)行全局注

3、冊(cè)和手動(dòng)注冊(cè)，完成位置匹配，利用 Simpleware中的有限元分析模塊，對(duì)匹配好的頸椎模型進(jìn)行材質(zhì)屬性的賦值和有限元網(wǎng)格的劃分，最終創(chuàng)建 C1-C7全頸椎有限元模型。觀察頸椎牽引不同重量、不同牽引角度時(shí)頸部肌肉表面肌電信號(hào)的變化特點(diǎn)，并與 AnyBody中頸椎建模仿真所得的相關(guān)肌肉力活性的變化特點(diǎn)作對(duì)比，驗(yàn)證仿真結(jié)果的合理性。并利用 AnyBody仿真頸椎后伸不同角度牽引所輸出的關(guān)節(jié)力和肌肉力對(duì)模型進(jìn)行有限元分析，得到頸椎各椎體上的位

4、移及應(yīng)力分布情況，并對(duì)比分析頸椎各椎體、椎間盤、鉤椎關(guān)節(jié)在有無肌肉力作用下的力學(xué)特點(diǎn)。
　　通過對(duì)頸椎牽引的生物力學(xué)研究，得出了頸部肌肉在牽引過程中的興奮程度和疲勞時(shí)間，并確定了牽引初期相對(duì)安全的牽引角度。最后，結(jié)合頸椎牽引實(shí)驗(yàn)所得的頸部肌肉表面肌電信號(hào)的變化特點(diǎn)和生物力學(xué)特點(diǎn)，對(duì)頸椎牽引設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，牽引力的施加由原來的固定砝碼持續(xù)牽引改為伺服電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)持續(xù)、間歇式牽引，并增加了拉力傳感器信號(hào)處理與顯示模塊，能