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有限元分析在腰椎疾病治疗中的应用

发布于:2016-03-14 21:05
有限元分析

      有限元分析法这一概念最早出现于20世纪40年代,是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值和用于结构分析的矩阵分析方法。1972 年 Belytschko 等首次将有限元分析法用于脊柱生物力学研究。近40年来,有限元方法已成为腰椎生物力学研究中的一种重要工具,已由二维线性模型扩展至三维非线性模型。
      在脊柱生物力学研究及临床疾病治疗中的应用日益广泛与深入。由于中医正骨手法是治疗腰椎疾病的主要方法之一,且疗效好、费用低、损伤轻等优点,临床应用相当广泛。但常因临床操作力度、角度及如何使手法具有公认的规范和客观的定量标准,对治疗手法缺乏科学说明和阐述等问题一直是目前部分学者批评或质疑传统手法的原因。这必然要求在手法操作中动作要统一规范并且有一个量化标准作为参考。特别是在循证医学不断得到重视的今天,如何应用先进的方法研究传统手法的作用机制显得非常重要,尤其是对其生物力学原理的研究意义更为突出。
      现在很多研究者已将计算机技术、有限元分析法与传统的中医手法相结合,利用有限元分析法模拟手法作用时,观察作用部位应力-应变以及生物力学特性的改变情况,并且可以使用图像、图形等手段对计算数据和结果进行直观地数字化的表达,特别是将所建模型内部应力-应变及生物力学特性的变化过程通过数字化的方式更加直观的展示出来,这也是其他传统实验方法无法得到的,这比使用普通生物力学方法来测量外在的应力-应变变化情况更具临床意义。通过利用有限元分析法模拟手法作用的应力分布的科学计算,并将其结果进行分析作为正骨手法治疗腰部疾病力学依据和量化标准。
      许多研究者已经通过脊柱尸骨进行了大量的实验研究、数学建模及有限元建模分析等手段,分析了人体脊柱的各种力学特性,以便寻找获得人体脊柱类疾病的治疗方法和预防措施。腰段脊柱不仅承受着相当大的载荷,而且具有较大范围的生理活动度,是生物力学研究的重点。腰椎是一个非均质结构,腰椎复杂的结构决定了其内各成分间复杂的力学关系,且力学特征也非常复杂。体质量、周围的肌肉、韧带、腹压及双下肢的姿势等均会对其产生影响,因此,注重对腰椎节段合理地生理仿真,深入了解腰椎运动节段不同部位的作用关系以及各种损伤时的载荷作用尤为重要。Seidel 等用平面板单元建立了一个二维线性对称的腰椎有限元模型,并分别用静态和动态的垂直压力和前后剪切力分析了腰椎模型的生物力学特性。利用计算机技术建立腰椎的三维有限元模型并对腰椎间盘膨隆的力学机制与腰椎疲劳骨折分别进行了探讨。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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