脊柱的生物力学ppt课件.ppt

椎间盘的生物力学特性 单纯纤维环损伤的标本第一次加载的载荷-变形曲线与完整者不同，但加载2-3次后，其曲线接近正常。 脊柱韧带的生物力学特性 脊柱韧带有固定相邻椎体，保证脊柱生理运动，保护脊髓等功能。 前纵韧带、后纵韧带和黄韧带等都具有相同的生物力学特点，它们的载荷-变形曲线均为非线性，随着载荷的增加而斜率改变。 韧带的力学强度随着年龄的增加而降低，同时吸收能量的能力也下降。 Finite element 可将其用于脊柱生物力学研究，揭示损伤机理及评估椎间盘的材料特性 ；有限元模型有助于临床评估，对新理论的建立，临床器械的研制有不可估量的指导作用。 Finite element A 3-D Finite Element Model of the L2-L3 Disc of the Human Lumbar Spine Finite element King H. Yang, Ph.D. Finite element 脊柱的生物力学应用 脊柱的生物力学应用 脊柱的生物力学应用 脊柱的生物力学应用 THANK YOU CHENLONGFU 脊柱的生物力学 CHENLONGFU INTRODUCTION 脊柱的生物力学涉及范围非常广泛，脊柱结构、运动、损伤、固定等方面的生物力学研究有助于解释脊柱相关的生理、病理以及对临床治疗方法、临床器械的设计研究与发展有着重要的指导意义。 脊柱的结构 脊柱的结构复杂，由7块颈椎、12块胸椎、5块腰椎及骶骨、尾骨各一块组成，通过椎间盘和强健的韧带连接在一起，其主要功能为保护脊髓，并将载荷从头脊柱传递到骨盆。具有活动性能的各椎体间互相形成关节，能在三个平面上运动。脊椎的稳定性由韧带、椎间盘、肌肉共同协调维持。 脊柱的功能单位 脊柱的功能单位也称功能单元，即一个运动节段，包括两个椎体及两椎体之间的软组织。 一、椎骨的生物力学 最早关于人类椎骨（椎体、椎弓、关节突）生物力学的研究是Messerer对椎体强度的测量。 （一）椎体的生物力学 早期的生物力学研究是对椎体抗压强度的测试。当时喷气机飞行员弹射如何选择合适的加速度才不造成脊柱损伤，促进了生物力学的深入研究。 研究表明，椎体的强度随着年龄的增长而降低，特别是在40岁以后会明显降低。 抗压强度 （一）椎体的生物力学 为了更进一步的研究，我们又将椎体细分为皮质骨壳、松质骨核以及终板来分析。 1、皮质骨壳 椎体的主要负载部位是皮质骨壳还是松质骨核？ 1、皮质骨壳 Rockff等的实验表明，完整椎体的强度随着年龄的增加而减低。从20-40岁，椎体强度的降低明显，40岁以后强度改变不大。 40Y 40Y 2、松质骨核 在对椎体松质骨强度测试中，载荷-形变曲线显示椎体的松质骨核可以承受很大的压缩载荷，断裂前其形变率高达9.5%，而相应的皮质骨的形变率还不足2%；说明椎体损伤首先发生皮质骨断裂，而不是松质骨的显微骨折。 3、终板 终板在脊柱的正常生理活动中承受着很大的压力。终析的断裂有三种形式：中心型，周围型，全板断裂型。 A.中心型在没有蜕变的椎间盘中最多见。 B.周围型多见于有蜕变的椎间盘。 C.全板断裂多发生于高载荷时。 3、终板 无蜕变的椎间盘受压，在髓核内产生压力，终板的中心部位受压 3、终板 蜕变的椎间盘由纤维环传递压力，终板边缘承受载荷 （二）椎弓 Rolander(1966),Weiss(1975),Lamy(1975)进行的三种椎弓载荷方式表明，大部分断裂发生在椎弓根。椎弓根的强度与性别及椎间盘的蜕变与否关系不大，但会随着年龄的增长而减退。 （二）椎弓 椎弓不同加载方式的断裂载荷 二、椎间盘 椎间盘为一密闭性弹性垫，由相邻椎体上下面的软骨板，纤维环和髓核组成。纤维环的纤维走行方向与椎体平面呈30度角。椎间盘在椎体间起缓冲垫的作用，能吸收、缓冲载荷，并使载荷均匀分布。 椎间盘的生物力学特性 1、受压的特性 在脊柱的运动节段压缩试验中，首先发生破坏的是椎体而不是椎间盘。 这说明，临床上的椎间盘脱出不只是由于受压，更主要的原因是椎间盘内应力分布不均匀。 椎间盘的生物力学特性 2、受拉的特性 在不同方向的载荷作用下，椎间盘都受张应力作用。 椎间盘的生物力学特性 对椎间盘的强度测试表明，椎体前后部位的椎间盘强度比两侧的高。中间的髓核强度最低。椎间盘的纤维环在不同的方向上也表现出不同的强度，沿纤维走行方