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正常与特发性脊柱侧凸腰骶椎结构的静动态特性研究

贾少薇  
【摘要】:脊柱侧凸是一种具有复杂病理特点的三维畸形,特发性脊柱侧凸最为常见且严重威胁青少年的身心健康。目前,对于不同类型的特发性脊柱侧凸腰骶椎的研究尚未深入,尤其对于正常脊柱和不同类型的特发性脊柱侧凸腰骶椎在特殊环境下的动态特性研究甚少,迫切需要针对个别类型的特发性脊柱侧凸进行研究,从而改善康复工具对于脊柱侧凸进行精确性的治疗,为未来精准康复和个性化治疗器械的研究和发展提供科学依据。因此,对正常和特发性脊柱侧凸腰骶椎结构进行站立位时的静态特性分析和特殊环境中的动态特性分析尤为重要。本文基于X射线扫描影像选取正常脊柱(12岁,女)腰骶椎模型和Lenke-4AN型与Lenke-5CN型特发性脊柱侧凸(12岁,女)腰骶椎模型为研究对象,采用医学图像处理软件Mimics 16.0和逆向工程软件Geomagic Studio 12.0建立腰骶椎三维模型,通过有限元软件Abaqus 14.1建立腰骶椎结构的三维有限元模型并且对其分别进行站立位时的静态特性分析和特殊振动环境下的动态特性分析,其中静态特性分析是研究人体腰骶椎在站立位时的应力和位移变化情况,发现三种模型在站立位情况下三个方向位移变化与其腰骶椎模型本身结构特点之间密切相关。另外,本文针对人体腰骶椎在特殊振动载荷情况下,对腰骶椎结构进行动态特性的研究;利用有限元模态分析,得到腰骶椎模型的固有频率和振型,并且两种脊柱侧凸腰骶椎在低频环境中较正常腰骶椎更为敏感;利用稳态谐响应分析,得到腰骶椎模型各个椎体特征点的幅频特性曲线,曲线峰值处所对应的频率为易引起共振的固有频率。综上所述,本文以正常脊柱腰骶椎模型和两种具有代表性的Lenke-4AN型和Lenke-5CN型特发性脊柱侧凸的腰骶椎模型为例,结合生物力学及有限元理论并应用影像技术完成了腰骶椎结构的三维有限元建模,利用有限元分析软件Abaqus 14.1对腰骶椎模型进行站立位时的静态特性和振动环境中的动态特性分析,对腰骶椎结构的防护提供了理论力学依据,并且为今后脊柱侧凸的治疗与康复提供可靠性根据。


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