椎间盘退变颈椎 (C2-C7 ) 在正常承载与推拿下的有限元分析

文题释义：

颈椎三维有限元模型：此文建立了C2-C7颈椎模型，其中椎骨包括皮质骨与松质骨，软组织包括椎间盘(纤维环和髓核)、韧带等。推拿颈部拨伸旋转法：采用拨伸加旋转的推拿方法。摘要背景：推拿是治疗颈椎病的一种有效方法，对椎间盘退化程度不同的颈椎进行推拿时，推拿力度因退化程度差异性会起到不同的效果，并且手法把控不当还可能对已经退化的颈椎造成损伤，目前相关研究还有所欠缺。

目的：探究椎间盘退变程度不同的颈椎在正常承载与推拿下的力学变化机制，探究推拿旋转角度对不同退化程度椎间盘的影响，从而对不同退化程度颈椎提出操作手法指导。

方法：建立三维人体颈椎(C2-C7)有限元模型，通过网格优化，得到几何相似度高、精确度高、网格数为200万级的颈椎模型。通过改变椎间盘参数得到退化程度不同的模型，利用有限元方法探究不同退化程度椎间盘在受到推拿作用下的力学机制。

结果与结论：

① 退化后的椎间盘应力重新分布，髓核承载力减小，纤维环承载力显著增加，关节应力也增大；

②在正常承载下，纤维环应力集中区域主要在人体后侧边缘，随着退化程度增加，应力集中区域从边缘向内延伸且面积增大；

③推拿旋转时，纤维环应力集中区域主要在后侧和左右两侧，退化程度越高应力集中区域越大，应力值越大；

④推拿旋转时，退化程度越高椎间盘的轴向位移小，变形能力越小；

⑤C4-5椎间盘退化会对该节段椎体(C4-5)最大应力和关节接触力产生影响，且应力值随退化程度增加而增大，但退化对其他节段无明显影响；

⑥综合应力安全和变形能力，施加推拿手法时旋转角度应根据退化程度适当减小。

关键词：颈椎；椎间盘退变；推拿；有限元；生物力学；拨伸旋转；应力；活动度

0引言Introduction

颈椎是脊柱中非常重要的节段，上支撑头部，下连接胸椎，活动量大、灵活，但不像胸椎前部有胸骨等保护，颈椎的外部只有肌肉等软组织包裹，是脊柱中非常脆弱的节段，极易受损[1]。每年因运动损伤、疲劳性损伤以及椎间盘退变等造成的颈椎病人数在逐年上升，随着电子产品的普及以及工作环境的原因，颈椎损伤及颈椎病存在年轻化趋势[2]，并且颈椎病患病率高，严重影响到了人们的生活质量[3-7]。目前针对颈椎病的治疗主要有手术法和非手术法，但手术法价格较为昂贵，而非手术法中推拿是治疗颈椎病的一种有效经济的疗法[8]。但目前针对推拿手法相关的力学机制还缺少研究，而且不同人的颈椎病受到年龄、性别、工作环境的影响，并且治疗师推拿手法对颈椎病的恢复也有很大的影响，治疗师推拿手法把控不当反而会对颈椎造成损伤[9]，因此推拿手法对颈椎的生物力学研究显得尤为重要。

目前在颈椎病治疗方面已经开展了大量的研究。刘治华等[10]构建了颈椎模型以及仿真研究，并且针对颈椎的牵角度进行优化研究，为牵引治疗提供了量化分析。对于推拿的工作，徐海涛[11]做了腰椎推拿力的量化研究，为研究脊柱推拿开辟了新的研究方法；邬黎平[12]对颈椎推拿的作用机制和优化做了研究，对推拿手法及其作用力提出量化指导方案；DENG等[13]利用有限元模拟了颈椎推拿，得出推拿可减小椎间盘的应力集中现象。在椎间盘的退变方面，闫家智等[14]利用有限元方法做了腰椎间盘退变的生物力学影响研究，评估了腰椎间盘退化后的生物力学变化；王诗成等[15]做了颈椎间盘退变对颈椎生物力学影响研究，从生物力学方面证明了退变椎间盘对维持颈椎稳定性有一定的代偿作用。目前，针对推拿手法的量化分析和椎间盘退变的力学响应已有不少研究成果，但关于椎间盘退变颈椎在推拿下力学变化机制的相关研究还很少。

此次研究利用有限元方法，分析椎间盘退变程度不同的颈椎在正常承载与推拿下的颈椎力学变化机制，并探究推拿旋转角度对不同退化程度椎间盘的影响，研究成果可以为退变颈椎治疗的推拿手法提供指导。

1 材料和方法 Materials and methods

1.1 设计 椎间盘退变颈椎在推拿下的有限元分析。

1.2 时间及地点 于2018年8月至2019年10月在太原理工大学应用力学研究所完成。

1.3 材料

1.3.1 数据来源

CT图像来源于1名健康男性22岁志愿者，无既往颈椎病史。人体头颈部图像层厚0.6 mm，共527张，以DICOM 3.0标准刻录进行保存。

1.3.2 实验软件 

Mimics 19.0 (Materialise公司，比利时)；Hypermesh V13.0(Altair 公司美国 ) ；ABAQUS6.11 (Simulia，美国)。

1.4 方法

1.4.1 三维有限元模型及退变模型的建立