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基礎研究和動物實驗研究文獻探討有限方法對腰椎生理情況下的研究問題；文獻探討有限元分析方法在腰椎常用手術方式、固定器械和人工應用方面的指導；文獻探討有限元方法在腰椎骨折、脫位中的應用。
目前對于人體腰椎生物力學的研究主要有兩種方法：實驗生物力學和理論生物力學。實驗通常基于動物脊柱、人工脊柱模型或者尸體脊柱，能直接、直觀地獲得脊柱生物力學性能的信息。動物脊柱其骨性結構的幾何特性與人體有較大差別，同時只有人類動物是直立行走動物所以在骨小梁等生物骨骼特性方面也有差異。人工脊柱模型雖然幾何形狀和人體相同但是材料特性與人差異很大。尸體脊柱因為有與活體類似力學特性使它有更好的科學參照和說明性，但尸體實驗受到標本獲得、實驗條件、樣本數(shù)量等限制無法廣泛應用研究。
有限元分析法是理論生物力學的主要實驗方法之一，克服了以上幾個方法的弊端，可以將人體骨骼如脊柱的結構形狀、材料性能、載荷邊界條件、包括內固定材料等用數(shù)學形式概括，可通過改變其中任一參數(shù)屬性或形狀以觀察各部分的應力分布變化。通過有限元分析方法可以得到腰椎椎體內應力、髓核內應力、纖維內張力、椎間盤層間剪切力、椎間盤內結構的位移、脊柱的角位移、甚至小關節(jié)面間壓力、韌帶以及肌肉的受力情況等，這些是實驗生物力學研究方法(如機械法、電測法、光測法等)很難測量到的。
脊柱是人體重要力學結構，腰椎又是脊柱中重要的組成部分，承載了人體近2/3的質量，其組織結構特性決定其在支撐人體重量、緩沖各種壓力方面的功能。同時腰椎疾病是人體多發(fā)疾病之一，對腰椎椎骨、椎間盤的研究尤其重要。Ouaaid 等建立腹斜肌與腰椎模型，通過增加腹部肌肉對腰椎負荷的分析得出，腹部肌肉負荷過重直接導致腰椎應力增加，同時正確的站姿會減輕腰椎負擔。李力濤等通過對坐姿環(huán)境下的L4~L5椎體進行了計算機仿真與分析，得出L4、L5椎體平均分布壓力為0.996 MPa，在間盤后側及后外側水平出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，3.14 h后椎間盤壓縮量超出舒適度允許范圍之外，得出坐姿舒適性與時間關系的確立能夠為現(xiàn)有的靜態(tài)舒適性研究提供很好的驗證和補充。Lievers等通過對松質骨骨小梁結構有限元的分析，得出松質骨的支撐作用與骨小梁的分布有一定關系，骨小梁分布往往呈的圓柱形，并且其周圍成分對圓柱也有一定支撐作用，骨小梁的主要支撐作用來自于圓柱分布的密集程度。
有限元方法可以模擬骨科不同的手術方式，并對效果進行生物力學比較，有效的節(jié)省了實驗資源，同時對手術方式的可行性有了一定的預測。對于固定器械的固定力度、耐疲勞性等方面通過有限元分析也可以得到準確的數(shù)據(jù)，通過有限元分析可以簡單、形象的分析出各種器械的生物力學情況。
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