腰椎模擬肌肉在橫向撞擊中的生物力學研究.pdf

1、隨著道路交通事業(yè)的發(fā)展，交通創(chuàng)傷已經(jīng)躍居為人類死亡率第四位。在交通創(chuàng)傷中，近年來國內有關交通傷的流行病學及臨床統(tǒng)計文獻已提及脊柱損傷可占全部創(chuàng)傷的6％，可見交通傷中脊柱損傷的普遍性及不良預后應得到足夠重視。在交通傷中，人體受到的沖擊載荷最常見的是胸背向Gx(如汽車追尾)和頭盆向Gz(如軍用飛機彈射救生)的載荷。國內就頭盆向研究較多，而就胸背向研究較少，而且在以往的研究中，很少考慮肌肉在撞擊中所起的作用，盡管肌肉構成了脊柱穩(wěn)定的積極的子系

2、統(tǒng)，但由于在離體實驗中不易模擬肌肉作用，探討肌肉功能對脊椎穩(wěn)定性的文獻相對有限。因此本研究的目的為：利用架設的肌肉模擬系統(tǒng)測試平臺，借此探討腰部肌肉收縮作用在橫向撞擊傷中對腰椎穩(wěn)定性的影響。 本研究包括： 1、利用架設的肌肉模擬系統(tǒng)測試平臺分析橫向撞擊傷中肌肉對腰椎的生物力學作用； 2、利用一種新型的工作站對腰椎周圍肌肉及其相關結構進行可視化研究。 材料和方法： 1.將24具新鮮豬腰椎隨機分為兩組

3、：一組運用架設的肌肉模擬系統(tǒng)測試平臺模擬L4周圍4對肌肉對L4進行固定；另一組不給予外加載荷進行保護；各組再隨機分為兩組，在CZZ-II型人體撞擊實驗機上對腰椎分別施以40J、80J的能量橫向撞擊，撞擊前后標本均拍攝x線片，并進行三維運動測試和大體解剖學觀察，三維運動測試數(shù)據(jù)結果運用配對t檢驗進行統(tǒng)計學分析。 2.把CT數(shù)據(jù)導入操作系統(tǒng)中，將Dicom數(shù)據(jù)轉換為8-bit格式，刪除圖像中多余的部分，縮小數(shù)據(jù)集，調節(jié)數(shù)據(jù)的對比度，

4、便于進行可視化操作。把數(shù)據(jù)加載到VR環(huán)境中，實現(xiàn)CT數(shù)據(jù)的可視化，調節(jié)對比度、透明度等值，然后分別對腰椎、豎脊肌、腰大肌、腰方肌、腹主動脈、下腔靜脈進行重建，并賦予不同的顏色。重建各部分后將各個部分合成到一個操作界面上。 結果： 1.三維運動測試顯示無模擬肌肉保護組在40J能量撞擊下在前屈、后伸等幾個方向已經(jīng)出現(xiàn)顯著性失穩(wěn)，在80J能量撞擊下，六個方向均出現(xiàn)了顯著性失穩(wěn)。而有模擬肌肉保護的腰椎在40就能量撞擊下僅右旋出現(xiàn)

5、顯著性失穩(wěn)，在80J能量撞擊下僅后伸、右旋方向出現(xiàn)顯著性失穩(wěn)。X線平片顯示腰椎在40J能量組撞擊后，標本均未見損傷，80J能量撞擊后無模擬肌肉保護組部分標本出現(xiàn)腰椎椎體骨折。大體解剖學觀察見40J能量撞擊下，無肌肉模擬組表現(xiàn)為棘上韌帶和棘間韌帶的損傷，有肌肉模擬組未見損傷。80J能量撞擊下，無肌肉模擬組表現(xiàn)為部分椎體骨折、關節(jié)突關節(jié)囊韌帶、后縱韌帶的損傷，有肌肉模擬組僅表現(xiàn)為棘上韌帶和棘間韌帶的損傷。 2.建立了腰椎、豎脊肌、腰

6、大肌、腰方肌、腹主動脈、下腔靜脈的三維可視化模型，重建后的結構可多彩色立體顯示，既能單獨顯示，也能任意搭配或總體顯示，可在三維空間位置上繞任意軸旋轉任意角度觀察。 結論： 1.實驗證明在橫向撞擊傷中，L4-L5節(jié)段中模擬肌肉能有效減少腰椎在在屈伸和側彎方向的運動幅度，減少對撞擊對周圍結構的損傷，因此L4-L5節(jié)段中模擬肌肉對腰椎能起到較大的保護作用。 2.重建的三維立體圖像有如下優(yōu)勢：a、能沿任一軸旋轉，能以任意