目的 :以動力學(xué)仿真軟件獲取志愿者后向跌倒過程中胸腰段受力狀況的運動、動力學(xué)數(shù)據(jù),作為有限元加載條件,評估跌倒過程中脊柱局部應(yīng)力情況。方法:選取1名健康志愿者(男性,27歲,175cm,70kg),隨后對志愿者軀干進行CT掃描。然后,在Anybody人體建模仿真系統(tǒng)軟件中建立骨骼肌肉模型,志愿者站立并后向傾斜30°,在無防備狀態(tài)下后向摔倒構(gòu)建跌倒過程中人體骨骼肌模型。根據(jù)志愿者CT數(shù)據(jù)建立并優(yōu)化有限元模型,模型在施加7.5N·m力矩模擬前屈、后伸、左右側(cè)彎及旋轉(zhuǎn)范圍,驗證模型有效性后,將獲取后向跌倒?fàn)顟B(tài)下著力點、應(yīng)力傳導(dǎo)方向及受力區(qū)應(yīng)力值作為加載條件并賦予人體胸腰段有限元模型進行有限元分析。結(jié)果:Anybody人體建模仿真系統(tǒng)軟件模擬后向跌倒實驗中,志愿者呈無意識后向跌倒姿態(tài),骶尾部最先著地;臀部與測力臺沖擊的總時間為1.14s,最大沖擊力達4056N;模型以坐骨結(jié)節(jié)為力加載點,由骶尾部沿脊柱長軸向頭部進行力學(xué)加載。有限元結(jié)果顯示,應(yīng)力經(jīng)傳導(dǎo)主要集中于T11～L2節(jié)段;在該節(jié)段中,椎體前緣平均應(yīng)力達16.6MPa;上下關(guān)節(jié)突平均載荷達25.4MPa,椎板及椎弓根與椎體連接處也出現(xiàn)明顯的...

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圖4有限元模型力學(xué)加載示意圖，力量由坐骨結(jié)節(jié)沿脊柱長軸向上加載

圖3Anybody軟件模擬后向跌倒過程，人體跌倒過程中骶尾部最先著地，隨后軀干及四肢伸展圖5a～c跌倒后正面、背面及側(cè)面脊柱有限元分析，可見跌倒過程中，應(yīng)力主要集中于胸腰段椎體，其中該節(jié)段椎體前緣及椎弓根部應(yīng)力較大

圖5a～c跌倒后正面、背面及側(cè)面脊柱有限元分析，可見跌倒過程中，應(yīng)力主要集中于胸腰段椎體，其中該節(jié)段椎體前緣及椎弓根部應(yīng)力較大

圖4有限元模型力學(xué)加載示意圖，力量由坐骨結(jié)節(jié)沿脊柱長軸向上加載圖5a～c跌倒后正面、背面及側(cè)面脊柱有限元分析，可見跌倒過程中，應(yīng)力主要集中于胸腰段椎體，其中該節(jié)段椎體前緣及椎弓根部應(yīng)力較大

圖5a～c跌倒后正面、背面及側(cè)面脊柱有限元分析，可見跌倒過程中，應(yīng)力主要集中于胸腰段椎體，其中該節(jié)段椎體前緣及椎弓根部應(yīng)力較大

圖5a～c跌倒后正面、背面及側(cè)面脊柱有限元分析，可見跌倒過程中，應(yīng)力主要集中于胸腰段椎體，其中該節(jié)段椎體前緣及椎弓根部應(yīng)力較大本研究中獲取的胸腰段應(yīng)力分布狀況是通過有限元分析間接獲取的，存在一定的實驗誤差；其次本研究中的樣本量較少，后期仍需更大樣本量。

圖3Anybody軟件模擬后向跌倒過程，人體跌倒過程中骶尾部最先著地，隨后軀干及四肢伸展

脊柱胸腰段是脊柱各節(jié)段中一個相對脆弱的區(qū)域，在相對不活動的胸椎后凸和較活動的腰椎前凸之間[1]，我們在跌到實驗的有限元結(jié)果中證實T11～L2椎體受力值明顯高于其他椎體，是骨折的好發(fā)部位。而脊椎生理曲度可能導(dǎo)致傳導(dǎo)力量分散，致使椎體力量分布不均勻[26]，離骨盆較近的L3～L5椎體....

本文編號：3970401