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基礎(chǔ)研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究文獻(xiàn)探討有限方法對腰椎生理情況下的研究問題；文獻(xiàn)探討有限元分析方法在腰椎常用手術(shù)方式、固定器械和人工應(yīng)用方面的指導(dǎo)；文獻(xiàn)探討有限元方法在腰椎骨折、脫位中的應(yīng)用。
目前對于人體腰椎生物力學(xué)的研究主要有兩種方法：實(shí)驗(yàn)生物力學(xué)和理論生物力學(xué)。實(shí)驗(yàn)通常基于動(dòng)物脊柱、人工脊柱模型或者尸體脊柱，能直接、直觀地獲得脊柱生物力學(xué)性能的信息。動(dòng)物脊柱其骨性結(jié)構(gòu)的幾何特性與人體有較大差別，同時(shí)只有人類動(dòng)物是直立行走動(dòng)物所以在骨小梁等生物骨骼特性方面也有差異。人工脊柱模型雖然幾何形狀和人體相同但是材料特性與人差異很大。尸體脊柱因?yàn)橛信c活體類似力學(xué)特性使它有更好的科學(xué)參照和說明性，但尸體實(shí)驗(yàn)受到標(biāo)本獲得、實(shí)驗(yàn)條件、樣本數(shù)量等限制無法廣泛應(yīng)用研究。
有限元分析法是理論生物力學(xué)的主要實(shí)驗(yàn)方法之一，克服了以上幾個(gè)方法的弊端，可以將人體骨骼如脊柱的結(jié)構(gòu)形狀、材料性能、載荷邊界條件、包括內(nèi)固定材料等用數(shù)學(xué)形式概括，可通過改變其中任一參數(shù)屬性或形狀以觀察各部分的應(yīng)力分布變化。通過有限元分析方法可以得到腰椎椎體內(nèi)應(yīng)力、髓核內(nèi)應(yīng)力、纖維內(nèi)張力、椎間盤層間剪切力、椎間盤內(nèi)結(jié)構(gòu)的位移、脊柱的角位移、甚至小關(guān)節(jié)面間壓力、韌帶以及肌肉的受力情況等，這些是實(shí)驗(yàn)生物力學(xué)研究方法(如機(jī)械法、電測法、光測法等)很難測量到的。
脊柱是人體重要力學(xué)結(jié)構(gòu)，腰椎又是脊柱中重要的組成部分，承載了人體近2/3的質(zhì)量，其組織結(jié)構(gòu)特性決定其在支撐人體重量、緩沖各種壓力方面的功能。同時(shí)腰椎疾病是人體多發(fā)疾病之一，對腰椎椎骨、椎間盤的研究尤其重要。Ouaaid 等建立腹斜肌與腰椎模型，通過增加腹部肌肉對腰椎負(fù)荷的分析得出，腹部肌肉負(fù)荷過重直接導(dǎo)致腰椎應(yīng)力增加，同時(shí)正確的站姿會(huì)減輕腰椎負(fù)擔(dān)。李力濤等通過對坐姿環(huán)境下的L4~L5椎體進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真與分析，得出L4、L5椎體平均分布壓力為0.996 MPa，在間盤后側(cè)及后外側(cè)水平出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，3.14 h后椎間盤壓縮量超出舒適度允許范圍之外，得出坐姿舒適性與時(shí)間關(guān)系的確立能夠?yàn)楝F(xiàn)有的靜態(tài)舒適性研究提供很好的驗(yàn)證和補(bǔ)充。Lievers等通過對松質(zhì)骨骨小梁結(jié)構(gòu)有限元的分析，得出松質(zhì)骨的支撐作用與骨小梁的分布有一定關(guān)系，骨小梁分布往往呈的圓柱形，并且其周圍成分對圓柱也有一定支撐作用，骨小梁的主要支撐作用來自于圓柱分布的密集程度。
有限元方法可以模擬骨科不同的手術(shù)方式，并對效果進(jìn)行生物力學(xué)比較，有效的節(jié)省了實(shí)驗(yàn)資源，同時(shí)對手術(shù)方式的可行性有了一定的預(yù)測。對于固定器械的固定力度、耐疲勞性等方面通過有限元分析也可以得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，通過有限元分析可以簡單、形象的分析出各種器械的生物力學(xué)情況。
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