维医沙疗对骨骼力学性能的影响研究

骨骼力学性能的变化主要由组成骨骼的各骨质层增加的成分引起的。维医沙疗对风湿病有特殊的疗效，特别是对风湿性关节炎的疗效显著。通过室内沙疗系统对患有骨骼关节炎的兔子进行砂疗实验，发现兔子骨骼的机械性能有了提高。.本研究通过采用CT扫描的方法、观察患有骨关节炎的实验兔子在维医沙疗过程中软质骨、密质骨和硬质骨的变化、相互转移以及计算各骨质层的体积变化率、更新率、骨基质的钙化等参数，分析骨骼成分和组织转移量，考虑活体组织在沙疗过程中，沙温、压力、磁性物质、生物传质传热等边界条件下的生物传热规律；应用三维有限元法建立股骨的生物力学模型，计算在温度场和力场耦合作用下它的应力应变值并与力学性能试验结果进行对比，研究维医沙疗对骨关节炎作用机制，为验证维医沙疗对骨关节炎治疗提供科学依据。

新疆维吾尔医学埋沙治疗（简称维医沙疗）是一种自然疗法，利用吐鲁番地区特定气候,强烈日光照射下,依靠沙体在灼热细沙的传热,将人体患病部位埋入热沙中，通过生物传热、改善血液循环、促进代谢，对风湿病有特殊的疗效。本研究首先建立了温度、辐射量和光线强度与自然环境尽量一致的，不受时间和季节、随时可进行埋沙治疗的室内沙疗实验平台，然后以新西兰大白兔作为实验对象，对它的膝骨关节腔注射木瓜蛋白酶，建立了退行性骨关节炎OA模型。在沙疗前后及过程中，对所有实验对象进行了CT扫描，重建了股骨的三维几何模型，并取出骨干进行了骨骼的力学性能实验。通过计算分析，得出各骨质层的体积变化率和组织转移量。发现沙疗能够提高密质骨和硬质骨的体积值，使软质骨的体积值减小，总结了沙疗对骨骼各骨质层的影响，以及软质骨向密质骨和硬质骨转移规律。通过对沙疗组和对照组进行三点弯曲试验，发现沙疗对股骨力学性能的提高有促进作用，同时建立了沙疗过程中实验对象与及沙体中热量传递过程的局部和整体热物理模型，数值模拟了沙疗中实验对象及沙体的温度变化情况，考虑活体组织在温度场作用下，生物传质传热等边界条件的生物传热规律；同时还考虑到，在活体的组织中存在血液灌注和组织代谢产生热，为此在物理模型中将血液灌注项和代谢产热，通过自定义函数导入程序中计算，其分析结果得到：血液灌注对维持生物组织温度的恒定起到很大作用。本研究通过化验、解剖、影像处理、骨质层分析以及力学性能实验等结果分析，结合数值模拟结果进行对比分析，研究了维医沙疗对活体组织在沙体温度场作用下，骨质层和股骨力学性能的影响、对骨关节炎作用机制；验证了维医沙疗对骨关节炎治疗提供科学依据，同时通过实验，初步对比了磁疗和热磁沙疗对骨性关节炎、兔子股骨力学性能影响的实验研究，通过反复做实验和优化，研制成功了运行安全可靠的全自动化的四季室内沙疗系统并应用于临床治疗。