腰椎模拟肌肉在横向撞击中生物力学探讨

随着道路交通事业的发展,交通创伤已经跃居为人体死亡率第四位。在交通创伤中,近年来国内有关交通伤的流行病学及临床统计文献已提及脊柱损伤可占全部创伤的6,可见交通伤中脊柱损伤的普遍性及不良预后应得到足够的重视。在运输过程中,人体受到的冲击载荷最常见的是胸背向Gx(如汽车追尾)和头盆向Gz(如军用飞机弹射救生)的载荷。国内就头盆向研究较多,而就胸背向研究较少,而且在以往的研究中,很少考虑肌肉在撞击中所起的相关作用,肌肉组织对于脊椎稳定性有很大的影响。但由于在离体实验中不易模拟肌肉作用,探讨肌肉功能对脊椎稳定度的文献相对有限。因此本研究的目的为:利用架设的肌肉模拟系统测试平台,借此探讨腰部肌肉收缩作用在横向撞击伤中对整节腰椎稳定度的影响。本研究包括:1、利用架设的肌肉模拟系统测试平台分析横向撞击伤中肌肉对腰椎的生物力学作用;2、利用一种新型的工作站对腰椎四周肌肉及其相关结构进行可视化研究。材料和方法1.将24具新鲜猪腰椎随机分为两组:一组运用架设的肌肉模拟系统测弑平台模拟L_4四周4对肌肉对L_4进行固定;另一组不给予外加载荷进行保护;各组再随机分为两组,在CZZ-Ⅱ型人体撞击实验机上对腰椎分别施以40J、80J的能量横向撞击,撞击前后标本均拍摄X线片,并进行三维运动测试和大体解剖学观察,三维运动测试数据结果运用配对t检验进行统计学分析。2.把CT数据导入操纵系统中,将Dicom数据转换为8-bit格式,删除图像中多余的部分,缩小数据集,调节数据的对比度,便于进行可视化操纵。把数据加载到VR环境中,实现CT数据的可视化,调节对比度、透明度等值,然后分别对腰椎、竖脊肌、腰大肌、腰方肌、腹主动脉、下腔静脉进行重建,并赋予不同的颜色。重建各部分后将各个部分合成到一个操纵界面上。结果1.三维运动测试显示无模拟肌肉保护组在40J能量撞击下在前屈、后伸等几个方向已经出现明显性失稳,在80J能量撞击下,六个方向均出现了明显性失稳。而有模拟肌肉保护的腰椎在40就能量撞击下仅右旋转出现明显性失稳,在80J能量撞击下仅后伸、右旋方向出现明显性失稳。X线平片显示腰椎在40J能量组撞击后,标本均未见损伤,80J能量撞击后部分标本出现腰椎椎体骨折。大体解剖学观察见40J能量撞击下,无肌肉模拟组表现为棘上韧带和棘间韧带的损伤,有肌肉模拟组未见损伤。80J能量撞击下,无肌肉模拟组表现为部分椎体骨折、关节突关节囊韧带、后纵韧带的损伤,有肌肉模拟组仅表现为单纯的棘上韧带和棘间韧带损伤。2.建立了腰椎、竖脊肌、腰大肌、腰方肌、腹主动脉、下腔静脉的三维可视化模型,重建后的结构可多彩色立体显示,既能单独显示,也能任意搭配或总体显示,可在三维空间位置上绕任意轴旋转任意角度观察。结论1.实验证实在横向撞击伤中,L_4-L_5节段中模拟肌肉能有效减少腰椎在在屈伸和侧弯方向的运动幅度,减少对撞击对四周结构的损伤,因此L_4-L_5节段中模拟肌肉对腰椎能起到较大保护性作用。2.重建的三维立体图像有如下上风:a、能沿任一轴旋转,能以任意角度观察。b、重建的三维图象能进行任一平面的切割,在进行在实施横断面、矢状面和冠状面切割时。c、我们可以进行一些互动性操纵。d、可以对操纵过程中进行同步摄像,导出后可以进行术前讲解和临床教学。【关键词】：腰椎撞击伤肌肉生物力学腰椎Dextroscope三维重建CT
【论文提纲】：中文摘要3-6ABSTRACT6-11第一章腰椎模拟肌肉在横向撞击中的生物力学研究11-301材料和方法11-172结果17-213讨论21-30第二章腰椎及其相关结构的可视化研究30-381资料与方法30-322结果32-353讨论35-38参考文献38-41附录:综述41-50成果50-51致谢51-53