基于MSU分型探讨脊柱调衡手法治疗腰椎间盘突出症的生物力学有限元研究

作     者：黄军凯 

作者单位：甘肃中医药大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈祁青

授予年度：2024年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 1005[医学-中医学] 100508[医学-中医骨伤科学] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 10[医学] 

主      题：腰椎间盘突出症 脊柱调衡手法 MSU分型 有限元分析 

摘      要：目的:基于MSU分型构建不同类型的腰椎间盘突出症三维有限元模型,量化分析脊柱调衡手法对不同模型的应力和位移影响,阐述该手法的生物力学作用机制及安全性,寻求最佳适用分型。 方法:招募健康成年志愿者1例并对其进行全腰椎节段CT的扫描获取影像学图像,通过Mimics Research 21.0、Geomagic Wrap 2021、Solid Works 2022、Ansys Workbench 21软件对图像进行提取优化、光顺修正、模型装配、网格划分、材料属性赋值、韧带添加等处理建立正常腰椎三维有限元模型并进行有效性验证,基于MSU分型在正常腰椎模型的基础上建立1A、1B、1C、2A、2B、2C型腰椎间盘突出有限元模型,分解脊柱调衡手法的操作步骤,在Ansys Workbench 21软件中对六种腰椎间盘突出模型进行力学加载,分别模拟手法向左、右旋转操作。分析在脊柱调衡手法操作下六种腰椎间盘突出有限元模型中各个结构应力分布和位移变化。 结果: 1.脊柱调衡手法作用下腰椎应力及位移情况 (1)应力情况:当手法向右旋转作用时,腰椎整体应力主要分布在椎体前上部、峡部及关节突关节,右侧应力大于左侧。在L4-5节段中,椎体上下椎体右侧前缘应力大于后侧应力且应力最大,L4棘突右侧应力最早发生应力变化,应力主要集中在右侧峡部、椎弓根部以及右侧关节突关节。手法向左旋转应力分布与右侧旋转相同,位置和方向呈相反对称。(2)位移变化:整体腰椎位移从上到下逐渐减小。在L4-5节段中,产生较大位移处于L4棘突、左侧上关节突及椎体前部且整体相对位移偏向前屈、右侧弯、左旋转方向,左侧椎间孔间隙变大。手法向左旋转位移分布与右侧旋转相同,位置和方向呈相反对称。 2.脊柱调衡手法作用下椎间盘应力及位移情况 (1)应力情况:(1)当手法向右旋转作用时,1A、1B、1C、2A、2B、2C型不同椎间盘应力分布不均,应力主要集中在椎间盘外侧纤维环部分,其最大应力处在纤维环前部右侧上下缘,应力最大分别:1.801MPa、2.167 MPa、1.827 MPa、2.037 MPa、2.194 MPa、2.241 MPa,髓核的应力相对较小。(2)当手法向左旋转作用时,六种不同分型突出椎间盘应力与右旋转呈对称相反,其最大应力处在纤维环前部左侧上下缘,应力最大分别1.789 MPa、1.886 MPa、1.717 MPa、1.914 MPa、1.923 MPa、2.109 Mpa,髓核的应力同样相对较小。(2)位移变化:(1)当手法向右旋转作用时,1A、1B、1C、2A、2B、2C型不同椎间盘整体位移沿Y轴(前后方向)发生位移变化,Y轴正方向(后侧方向)最大位移变化位置处于椎间盘后右侧,分别为:0.1352mm、0.2358mm、0.3127mm、0.1501mm、0.2179mm、0.5719mm,其中1A、2A型突出髓核在Y轴负方向(前侧方向)产生位移,最大位移分别为:-0.5752mm、-0.6009mm。(2)当手法向左旋转作用时,六种不同分型突出椎间盘位移变化与右旋转呈对称相反,Y轴正方向最大位移变化位置处于椎间盘后左侧,分别为:0.2707mm、0.2841mm、0.287mm、0.2818mm、0.2805mm、0.6593mm,在左旋转中,六种分型突出髓核在Y轴负方向产生位移,最大位移分别为:-0.267mm、-0.5481mm、-0.8216mm、-0.5498mm、-0.5532mm、-0.773mm。 结论: 1.脊柱调衡手法治疗时,突出物受到的压力减小、突出部位与神经根出现相对位移是主要治疗机制,并且该手法能够调整小关节的相对位置,缓解小关节的粘连,纠正小关节的紊乱,恢复腰椎生物力学结构。 2.脊柱调衡手法向右旋转时,最佳适用分型为1A、2A型;向左旋转时,1A、1B、1C、2A、2B、2C型均适用;该手法向健侧旋转较向患侧旋转有更好的治疗效果且适用范围更广。 3.脊柱调衡手法治疗时,椎间盘模型应力集中在纤维环前部,髓核应力相对较小,椎间盘向后突出风险较低,有较高的安全性。