不同负荷干预人体全脊柱模型脊柱稳定性的有限元实验研究

G804.22; 目的:通过建立全脊柱模型,观察在不同姿势和不同载荷作用于人体脊柱时脊柱稳定性的变化,向背包者建议较为合适背包姿势和负重.方法:针对人体脊柱骨骼和韧带系统开展了以人体脊柱CT扫描图像为基础的准确几何模型三维重建,并基于几何模型划分了有限元网格,采用有限元分析法对其开展了研究工作,观测了不同载荷作用于人体时全脊柱模型椎体间位移变化特点.结果:采用有限元分析法构建全脊柱模型并选取4种负荷(以体重的10％(10％BW)为单位增加)对全脊柱模型进行稳定性研究,结果显示:T7,T12,L3三组的位移在负荷为10％BW较小,均小于3mm;负荷加到20％BW时,T7、T12组大于3mm,但尚未达到3.5mm,而L3组为2.7mm;负荷高达30％BW后,T12位移稍大于3.5mm,T7组位移已达3.695mm,超出稳定位移界限0.195mm,仅L3处位移最大值2.767mm,低于稳定位移值.载荷达到40％BW后,T7和T12位移远远大于稳定位移临界值,分别达到4.113和3.898mm,但L3组位移仅为3.047mm,依然在稳定位移值范围内.结论:全脊柱模型验证表明,该研究构建人体全脊柱模型构建成功,并通过人体全脊柱有限元分析得出结论:背包负荷在10％BW-20％BW下,L3、T12、T7这3个位置的脊柱均处于平稳状态;当背包负荷达到30％BW时,只有L3的位置脊柱处于稳定状态;40％BW的负荷下也依然仅L3符合正常位移标准,这表明当载荷大于30％BW时,将L3处定为载荷放置的位置最为合理,这样可最大程度控制脊柱位移范围,以降低人体脊柱损伤.