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有限元分析法這一概念最早出現(xiàn)于20世紀(jì)40年代，是根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)物理問題的一種數(shù)值和用于結(jié)構(gòu)分析的矩陣分析方法。1972 年 Belytschko 等首次將有限元分析法用于脊柱生物力學(xué)研究。近40年來(lái)，有限元方法已成為腰椎生物力學(xué)研究中的一種重要工具，已由二維線性模型擴(kuò)展至三維非線性模型。
在脊柱生物力學(xué)研究及臨床疾病治療中的應(yīng)用日益廣泛與深入。由于中醫(yī)正骨手法是治療腰椎疾病的主要方法之一，且療效好、費(fèi)用低、損傷輕等優(yōu)點(diǎn)，臨床應(yīng)用相當(dāng)廣泛。但常因臨床操作力度、角度及如何使手法具有公認(rèn)的規(guī)范和客觀的定量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)治療手法缺乏科學(xué)解釋和闡述等問題一直是目前部分學(xué)者批評(píng)或質(zhì)疑傳統(tǒng)手法的原因。這必然要求在手法操作中動(dòng)作要統(tǒng)一規(guī)范并且有一個(gè)量化標(biāo)準(zhǔn)作為參考。特別是在循證醫(yī)學(xué)不斷得到重視的今天，如何應(yīng)用先進(jìn)的方法研究傳統(tǒng)手法的作用機(jī)制顯得非常重要，尤其是對(duì)其生物力學(xué)原理的研究意義更為突出。
現(xiàn)在很多研究者已將計(jì)算機(jī)技術(shù)、有限元分析法與傳統(tǒng)的中醫(yī)手法相結(jié)合，利用有限元分析法模擬手法作用時(shí)，觀察作用部位應(yīng)力-應(yīng)變以及生物力學(xué)特性的改變情況，并且可以使用圖像、圖形等手段對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行直觀地?cái)?shù)字化的表達(dá)，特別是將所建模型內(nèi)部應(yīng)力-應(yīng)變及生物力學(xué)特性的變化過程通過數(shù)字化的方式更加直觀的展示出來(lái)，這也是其他傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法無(wú)法得到的，這比使用普通生物力學(xué)方法來(lái)測(cè)量外在的應(yīng)力-應(yīng)變變化情況更具臨床意義。通過利用有限元分析法模擬手法作用的應(yīng)力分布的科學(xué)計(jì)算，并將其結(jié)果進(jìn)行分析作為正骨手法治療腰部疾病力學(xué)依據(jù)和量化標(biāo)準(zhǔn)。
許多研究者已經(jīng)通過脊柱尸骨進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)學(xué)建模及有限元建模分析等手段，分析了人體脊柱的各種力學(xué)特性，以便尋找獲得人體脊柱類疾病的治療方法和預(yù)防措施。腰段脊柱不僅承受著相當(dāng)大的載荷，而且具有較大范圍的生理活動(dòng)度，是生物力學(xué)研究的重點(diǎn)。腰椎是一個(gè)非均質(zhì)結(jié)構(gòu)，腰椎復(fù)雜的結(jié)構(gòu)決定了其內(nèi)各成分間復(fù)雜的力學(xué)關(guān)系，且力學(xué)特征也非常復(fù)雜。體質(zhì)量、周圍的肌肉、韌帶、腹壓及雙下肢的姿勢(shì)等均會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，因此，注重對(duì)腰椎節(jié)段合理地生理仿真，深入了解腰椎運(yùn)動(dòng)節(jié)段不同部位的作用關(guān)系以及各種損傷時(shí)的載荷作用尤為重要。Seidel 等用平面板單元建立了一個(gè)二維線性對(duì)稱的腰椎有限元模型，并分別用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的垂直壓力和前后剪切力分析了腰椎模型的生物力學(xué)特性。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立腰椎的三維有限元模型并對(duì)腰椎間盤膨隆的力學(xué)機(jī)制與腰椎疲勞骨折分別進(jìn)行了探討。
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