后向跌倒过程中脊柱胸腰段受力的实验及有限元研究

发布时间：2024-05-11 21:35

　　目的 :以动力学仿真软件获取志愿者后向跌倒过程中胸腰段受力状况的运动、动力学数据,作为有限元加载条件,评估跌倒过程中脊柱局部应力情况。方法:选取1名健康志愿者(男性,27岁,175cm,70kg),随后对志愿者躯干进行CT扫描。然后,在Anybody人体建模仿真系统软件中建立骨骼肌肉模型,志愿者站立并后向倾斜30°,在无防备状态下后向摔倒构建跌倒过程中人体骨骼肌模型。根据志愿者CT数据建立并优化有限元模型,模型在施加7.5N·m力矩模拟前屈、后伸、左右侧弯及旋转范围,验证模型有效性后,将获取后向跌倒状态下着力点、应力传导方向及受力区应力值作为加载条件并赋予人体胸腰段有限元模型进行有限元分析。结果:Anybody人体建模仿真系统软件模拟后向跌倒实验中,志愿者呈无意识后向跌倒姿态,骶尾部最先着地;臀部与测力台冲击的总时间为1.14s,最大冲击力达4056N;模型以坐骨结节为力加载点,由骶尾部沿脊柱长轴向头部进行力学加载。有限元结果显示,应力经传导主要集中于T11～L2节段;在该节段中,椎体前缘平均应力达16.6MPa;上下关节突平均载荷达25.4MPa,椎板及椎弓根与椎体连接处也出现明显的...

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【部分图文】：

图4有限元模型力学加载示意图，力量由坐骨结节沿脊柱长轴向上加载

图3Anybody软件模拟后向跌倒过程，人体跌倒过程中骶尾部最先着地，随后躯干及四肢伸展图5a～c跌倒后正面、背面及侧面脊柱有限元分析，可见跌倒过程中，应力主要集中于胸腰段椎体，其中该节段椎体前缘及椎弓根部应力较大

图5a～c跌倒后正面、背面及侧面脊柱有限元分析，可见跌倒过程中，应力主要集中于胸腰段椎体，其中该节段椎体前缘及椎弓根部应力较大

图4有限元模型力学加载示意图，力量由坐骨结节沿脊柱长轴向上加载图5a～c跌倒后正面、背面及侧面脊柱有限元分析，可见跌倒过程中，应力主要集中于胸腰段椎体，其中该节段椎体前缘及椎弓根部应力较大

图5a～c跌倒后正面、背面及侧面脊柱有限元分析，可见跌倒过程中，应力主要集中于胸腰段椎体，其中该节段椎体前缘及椎弓根部应力较大

图5a～c跌倒后正面、背面及侧面脊柱有限元分析，可见跌倒过程中，应力主要集中于胸腰段椎体，其中该节段椎体前缘及椎弓根部应力较大本研究中获取的胸腰段应力分布状况是通过有限元分析间接获取的，存在一定的实验误差；其次本研究中的样本量较少，后期仍需更大样本量。

图3Anybody软件模拟后向跌倒过程，人体跌倒过程中骶尾部最先着地，随后躯干及四肢伸展

脊柱胸腰段是脊柱各节段中一个相对脆弱的区域，在相对不活动的胸椎后凸和较活动的腰椎前凸之间[1]，我们在跌到实验的有限元结果中证实T11～L2椎体受力值明显高于其他椎体，是骨折的好发部位。而脊椎生理曲度可能导致传导力量分散，致使椎体力量分布不均匀[26]，离骨盆较近的L3～L5椎体....

本文编号：3970401