青少年女子举重运动员腰骶关节的三维有限元建模及生物力学分析

发布时间：2022-10-21 10:04

　　举重项目比赛过程中,虽没有出现直接的身体对抗,但损伤的发生率却一直高居不下,因举重而引发的运动损伤可高达2.4-3.3次/1000h训练。目前,举重运动员常见损伤部位以腰部、膝部占比最高。脊柱的腰骶关节作为传导力的核心部位,既是长期承受应力压缩的支点,又是将应力传至骨盆,使其分解传导至下肢的缓冲结构。青少年女子举重运动员正处在生长发育期,脊柱腰骶段具有独特的解剖形态特征,目前,少有针对其腰骶关节进行损伤特点及有限元建模的研究报道。此次研究基于青少年女子举重运动员腰骶关节CT图像尝试构建结构更完整、生物力学特性更符合实际情况的腰骶关节有限元模型。通过对第5腰椎椎体上表面施加轴向压缩载荷模拟运动员进行举重训练完全起立姿态,分析其腰骶关节的应力、应变情况以及椎间盘的应力传递方向。最终研究发现,女子举重运动员在举重训练完全起立姿态时,腰骶关节受轴向载荷时,L5上缘和椎间盘前部出现了明显的形变,最大形变量为5.44mm,椎体上表面和骶骨耳状面为主要受力部位。轴向载荷下椎间盘前部所受应力显著大于后部,左侧显著大于右侧;椎间盘的Von-Mises应力传递方向由右后方向左侧递增,应力集中点出现在纤维环... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 选题意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 脊柱生物力学研究现状
        1.2.2 有限元法在脊柱生物力学中的研究现状
        1.2.3 有限元法在举重运动中的研究现状
    1.3 研究目的及内容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究内容
2 脊柱腰骶段的解剖结构与有限元分析法
    2.1 脊柱腰骶段的解剖学结构特征
        2.1.1 脊柱腰骶段椎体解剖学结构特征
        2.1.2 脊柱腰骶段椎间盘解剖学结构特征
        2.1.3 脊柱腰骶段椎体后部解剖学结构特征
        2.1.4 脊柱腰骶段韧带解剖学结构特征
    2.2 有限元方法及使用软件简介
        2.2.1 有限元法简介
        2.2.2 MIMICS软件简介
        2.2.3 Geomagic Studio12 软件简介
        2.2.4 Hypermesh 2017 软件简介
        2.2.5 Ansys 17.0 软件简介
3 脊柱腰骶关节有限元仿真建模
    3.1 研究对象及影像学数据采集
        3.1.1 研究对象
        3.1.2 影像学数据采集
    3.2 脊柱腰骶关节有限元模型的导入与建立
        3.2.1 导入CT图像与阈值选择
        3.2.2 图像分割与建立三维模型
        3.2.3 三维模型的进一步处理
        3.2.4 三维模型网格划分与细节构建
    3.3 腰骶关节有限元模型验证
        3.3.1 验证方法
        3.3.2 边界条件与载荷
        3.3.3 验证结果
4 举重运动员腰骶关节模型的有限元分析
    4.1 设置边界条件
    4.2 施加载荷
    4.3 有限元分析结果
        4.3.1 腰骶关节轴向施加载荷后的整体位移趋势
        4.3.2 腰骶关节轴向施加载荷后的Von-Mises应力分布特点
        4.3.3 腰骶关节轴向施加载荷后的椎间盘特征
        4.3.4 腰骶关节轴向施加载荷后的椎间盘生物力学分析
5 讨论
    5.1 有限元模型的建立
    5.2 腰骶关节的力学特点
    5.3 椎间盘的力学特点
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者研究生期间发表论文和科研情况说明
附录
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]L4-5椎体有限元模型建立及退变椎间盘力学分析[J]. 文毅,苏峰,刘肃,宗治国,张鑫,马朋朋,李月轩,李瑞,张志敏.  中国组织工程研究. 2019(08)
[2]不同生长棒内固定方式治疗早发性脊柱侧凸的有限元分析[J]. 藏磊,李永刚,海涌,范宁,杜鹏,袁硕.  中国矫形外科杂志. 2019(01)
[3]山羊脊柱融合生物力学体内模型的研究进展[J]. 彭文,王文军.  中南医学科学杂志. 2018(03)
[4]脊柱侧凸有限元建模方法的应用进展[J]. 范宁,藏磊,海涌,杜鹏,袁硕.  中国骨伤. 2018(04)
[5]离体脊柱生物力学测试的加载方法研究进展[J]. 谢勇,晏怡果.  医用生物力学. 2018(02)
[6]三维有限元动物椎体模型的建立及应力分析[J]. 冯其金,赵玲娟,谷福顺,魏万利,郑昆仑,郭锐,李瑞峰.  中国中西医结合外科杂志. 2018(01)
[7]有限元法在髋关节运动力学研究中的应用进展[J]. 白波,罗林聪,彭鳒侨.  国际骨科学杂志. 2018(01)
[8]有限元分析在骨科中的应用及研究进展[J]. 周建华,王跃.  实用医院临床杂志. 2018(01)
[9]脊柱侧凸腰骶椎结构的有限元分析及其变形趋势[J]. 贾少薇,张顺心,范顺成,李晔,武晓丹,谢俊德,韩立.  医用生物力学. 2017(03)
[10]有限元在脊柱生物力学中的应用[J]. 刘强,张军,孙树椿,王飞.  中国骨伤. 2017(02)

博士论文
[1]人体关节生物力学实验及仿真研究[D]. 韩树洋.中国矿业大学 2014

硕士论文
[1]男子举重运动运员廖辉赛前训练负荷安排的研究[D]. 罗丽琴.北京体育大学 2017
[2]女子举重运动员腰骶关节结构力学及其稳定性的研究[D]. 张伊卓.南京体育学院 2016
[3]核心力量训练对女子举重运动员身体运动功能与损伤康复影响的研究[D]. 路琳.首都体育学院 2016
[4]躯干部有限元建模及钝力性损伤生物力学研究[D]. 邵煜.复旦大学 2013
[5]基于CT图像的人体腰椎反求建模及有限元分析研究[D]. 余兵浩.广西科技大学 2013
[6]基于MRI图像的人体腰椎节段三维有限元模型重建及分析[D]. 李静.天津理工大学 2013



本文编号：3695430