發(fā)布時間：2020-11-21 02:33

　　 進入21世紀(jì)以來,我國的經(jīng)濟飛速發(fā)展,人們的生活得到質(zhì)的改變,人們的出行速度也越來越快,城市的建筑越來越高,但由此給人們帶來的人體損傷也逐年增加。據(jù)不完全統(tǒng)計,交通傷和墜落傷已經(jīng)成為人們受傷的主要形式,并且交通事故和墜落造成的脊柱損傷,成為脊柱損傷的主要原因。從我國脊柱脊髓損傷數(shù)據(jù)庫中,可以發(fā)現(xiàn),墜落造成的脊柱損傷比例為24%,而交通事故造成的脊柱損傷為44%。因此,研究脊柱在沖擊載荷作用下的損傷特性至關(guān)重要,也可為脊柱的損傷防護和修復(fù)提供生物力學(xué)依據(jù)。因而開展了本文的研究工作,主要的研究內(nèi)容是通過有限元分析和實驗測量的方法,獲得兔脊柱單椎體在受到?jīng)_擊載荷時的損傷特性和規(guī)律。本文具體的研究內(nèi)容·如下:(1)基于兔脊柱的CT掃描圖像,通過三維重構(gòu)方法和逆向工程原理,利用醫(yī)學(xué)圖像建模、幾何建模和有限元建模和分析軟件(Mimics、Geomagic Design、HyperMesh和Abaqus),建立了兔單椎體T12的幾何和有限元模型。(2)通過采用與前期兔單椎體靜態(tài)壓縮實驗相同的固定和加載方式,對建立的T12的單椎體有限元模型進行了有效性驗證。通過對比和分析靜態(tài)壓縮的有限元模擬獲得的載荷—時間曲線與靜態(tài)壓縮實驗獲得的載荷—時間曲線,發(fā)現(xiàn)有限元模擬結(jié)果和實驗結(jié)果的趨勢比較吻合,從而驗證了該有限元模型的有效性。(3)建立單椎體T12的有限元模型。首先通過Abaqus進行網(wǎng)格質(zhì)量的敏感性分析并選擇合適的網(wǎng)格數(shù)量,然后模擬和分析在不同沖擊速率和材料屬性變化(即不同骨質(zhì)疏松程度患者)對椎體應(yīng)力分布的影響。(4)建立同一脊柱的另一單椎體L1的有限元模型,分析在同一工況下不同單椎體T12和L1的力學(xué)性能的差異。(5)通過解剖3只191天兔齡的新西蘭大白兔,獲得T12和L1的單椎體。在Instron CEAST 9350落地式落錘試驗機上對單椎體進行沖擊實驗,從而獲得了單椎體在沖擊狀態(tài)下的力學(xué)損傷特性。通過有限元模擬和分析與實驗數(shù)據(jù)處理和分析,可以獲得如下的幾點結(jié)論:(1)通過有限元分析,可以發(fā)現(xiàn)不同數(shù)量的網(wǎng)格對單椎體的應(yīng)力等參量的計算結(jié)果存在一定的影響,尤其對位移的影響較為明顯。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量為74224時,有限元分析的計算結(jié)果比其它網(wǎng)格數(shù)量下的分析結(jié)果要合理的多。(2)在不同的沖擊速率下,通過分析單椎體整體位移—時間曲線可以得出椎骨材料跟大多數(shù)脆性材料一樣,當(dāng)受到垂直載荷作用時,可發(fā)生45度角的破壞形式。并且最大的應(yīng)力數(shù)值主要集中在單椎體的兩端,應(yīng)力的傳遞方向與骨小梁的走向趨勢一致。(3)通過對有限元模型賦予5種不同的材料屬性,來模擬5種不同程度骨質(zhì)疏松的單椎體力學(xué)性能分析,發(fā)現(xiàn)骨密度越低力學(xué)性能越差,也易發(fā)生骨折等損傷.材料屬性的確定也是有限元分析比較重要的一個內(nèi)容,最好能有相應(yīng)的實驗來確定材料參數(shù),參考的材料參數(shù)僅可以作為方法學(xué)習(xí),而不能保證有限元分析結(jié)果的精度。(4)通過單椎體的落錘動態(tài)沖擊實驗,獲得了單椎體的載荷—時間曲線,而且發(fā)現(xiàn)曲線由多個峰構(gòu)成,造成的原因主要是由于椎骨結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且椎骨的材料屬性為非均質(zhì)、各向異性和多孔結(jié)構(gòu)的材料;單椎體破壞的過程主要分為兩個階段,第一個階段是下關(guān)節(jié)突和椎弓的破壞,第二階段是椎體的破壞。本文的研究結(jié)果,對了解脊柱在受到?jīng)_擊載荷時所產(chǎn)生的爆裂性骨折的損傷機制以及單個椎體的力學(xué)性能具有重要的意義,也為臨床醫(yī)學(xué)上對脊柱損傷的評估、治療以及防護具有一定的參考價值。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R683;R318.01
【部分圖文】：

圖 1-1 脊柱解剖圖[40]Figure1-1 Spinal anatomy[40]-1 中的前面觀視圖中可以發(fā)現(xiàn)，脊柱呈現(xiàn)上窄下寬的結(jié)構(gòu)骨所需承擔(dān)的負重有關(guān)，當(dāng)人體受到豎直外力時，脊柱需而上窄下寬的結(jié)構(gòu)不但能增加機體的穩(wěn)定性，還能有效保觀圖中還可以發(fā)現(xiàn)，從骶骨開始往下，骶骨逐漸變小，主擔(dān)外力。從后面觀視圖中可以發(fā)現(xiàn)，脊柱的寬度比較均成一條直線，成縱嵴狀，位于脊柱中部。頸椎部位的棘突象，胸椎部位的棘突又細又長，向后下方傾斜，腰椎部位后。從右側(cè)觀可以發(fā)現(xiàn)，脊柱呈 S 狀，有四個生理彎曲的頸椎部位，頸椎部位的彎曲可以使人的頭部在運動時更加位于胸部，向后凸出，這部分的凸出，使人的胸腔擴大了腰部，向前部凸出，使人體在直立、行走或奔跑時保持直

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文椎骨的重要組成部分，因為脊柱所承受的重力主要由椎體所椎骨的前部，呈圓柱形。與椎體相連的另一部分就是椎弓，之間的空圓環(huán)就是椎孔，人的信息傳遞通道脊髓就位于椎孔接在一起后，椎孔形成一條管道，就是椎管。如圖 1-2 腰椎側(cè)下為椎骨的椎上切和椎骨的椎下切，上下兩椎骨連在一起時下椎骨的椎上切，由于結(jié)構(gòu)的原因，會形成一個圓環(huán)，這個要是神經(jīng)和血管的通過脊柱內(nèi)外的通道。

圖 1-3 胸椎解剖圖[41]Figure1-3 Thoracic anatomy[41]體的腰椎共 5 塊，解剖示意圖如圖 1-2 所示，腰椎的椎體相對于體積上比較大，腰椎的椎孔略大于胸椎，但是小于頸椎，呈三角可以看出腰椎的橫突又薄又長，是肋骨的殘跡，因此橫突又稱腰的關(guān)節(jié)面呈矢狀面，上下位的關(guān)節(jié)突的位置為內(nèi)外關(guān)系，因此相靠。在 5 塊椎骨中，L5 的椎體最大，而且椎體呈現(xiàn)前高后低的形柱的常見疾病及治療柱疾病主要是指脊柱的椎骨、關(guān)節(jié)、韌帶、椎間盤等組織發(fā)生了結(jié)激周邊的神經(jīng)、血管等，引起其他器官和組織出現(xiàn)各種臨床癥狀百八十多種臨床癥狀與脊柱疾病有關(guān)，或由脊柱疾病引發(fā)[42]。柱疾病主要可以分為退變性脊柱疾病、創(chuàng)傷性脊柱疾病、畸形脊瘤、感染。其中退變性脊柱疾病是所有脊柱疾病中最易出現(xiàn)的疾
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4 鐘遠鳴;廖俊城;李嘉瑯;趙犀;霍杰釗;鄧文仕;劉萌;;頸椎前路單椎體次全切融合術(shù)后矢狀位變化與臨床療效的相關(guān)性[J];中國矯形外科雜志;2019年03期

5 韓世冰;張緒樹;郭媛;杜一銘;;動態(tài)沖擊兔脊柱單椎體:不同沖擊速率、網(wǎng)格數(shù)量及材料屬性變化對椎體應(yīng)力分布的有限元分析[J];中國組織工程研究;2019年30期

6 秦承偉;張全意;張如意;刁青花;趙彥明;王耀岐;;后路單椎體全脊椎整塊切除術(shù)的麻醉處理[J];脊柱外科雜志;2012年02期

7 趙余祥;滕紅林;;脊椎單椎體結(jié)核的CT診斷與臨床應(yīng)用價值[J];影像診斷與介入放射學(xué);2008年04期

8 李亮;單椎體結(jié)核[J];中華骨科雜志;2001年10期

9 朱坤;張長春;許剛;王旸;曹玉茹;;骨密度測量方法診斷胸腰單椎體新鮮骨質(zhì)疏松性壓縮性骨折的研究[J];華北理工大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版);2017年02期

10 婁昕,蔡幼銓,梁燕,趙廷強;MR成像在單椎體塌陷性病變鑒別診斷中的應(yīng)用[J];中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù);2005年01期

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2 李洲;兔脊柱單椎體壓縮性骨折的實驗研究[D];太原理工大學(xué);2018年

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本文編號：2892383