頸椎牽引的生物力學研究及其牽引設備的研制.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，牽引角度對治療有明顯的效果。由于頸椎的在體力學實驗實現(xiàn)起來比較艱難，加之計算機仿真技術的快速發(fā)展，利用醫(yī)學圖像的三維建模技術和有限元計算對頸椎牽引進行生物力學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構的復雜性，使得人們對于頸部的完整骨-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，而對于考慮頸部肌肉力對頸椎牽引影

2、響的有限元研究就更少。
　　本文在正常人頸椎的CT斷層掃描圖像基礎上,利用醫(yī)學圖像處理軟件 Simpleware獲取其整體輪廓范圍，通過閾值分析、區(qū)域增長、遞歸高斯過濾等步驟，建立一個包括椎體、椎間盤、關節(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，并將其導入逆向工程軟件 Geomagic Studio2013中，對模型進行去噪、孔填充、邊界修復等處理，并與 AnyBody中導出的頸椎椎體進行全局注

3、冊和手動注冊，完成位置匹配，利用 Simpleware中的有限元分析模塊，對匹配好的頸椎模型進行材質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、不同牽引角度時頸部肌肉表面肌電信號的變化特點，并與 AnyBody中頸椎建模仿真所得的相關肌肉力活性的變化特點作對比，驗證仿真結果的合理性。并利用 AnyBody仿真頸椎后伸不同角度牽引所輸出的關節(jié)力和肌肉力對模型進行有限元分析，得到頸椎各椎體上的位

4、移及應力分布情況，并對比分析頸椎各椎體、椎間盤、鉤椎關節(jié)在有無肌肉力作用下的力學特點。
　　通過對頸椎牽引的生物力學研究，得出了頸部肌肉在牽引過程中的興奮程度和疲勞時間，并確定了牽引初期相對安全的牽引角度。最后，結合頸椎牽引實驗所得的頸部肌肉表面肌電信號的變化特點和生物力學特點，對頸椎牽引設備進行結構和控制系統(tǒng)的設計，牽引力的施加由原來的固定砝碼持續(xù)牽引改為伺服電機控制實現(xiàn)持續(xù)、間歇式牽引，并增加了拉力傳感器信號處理與顯示模塊，能