基于神经反馈控制建立腰椎间盘生物力学模型及杠杆定位手法对腰椎间盘影响的仿真研究

The aim of the study is to establish a biomechanical model with physiological and anatomical characteristics of lumbar intervertebral disc, muscle,and nerve system by collecting data of animal and human.Take L4-5 intervertebral disc and adjacent muscle and nerve tissue as a whole of biological system.and discrete split on the overall by means of finite element.so each finite element will be the basic unit of an LRC.Detect the electrical activity of nerve by EMG,detect X by strain gauge,detect Y by force sensors,and then a biomechanical model based on neural feedback control will be established.Meanwhile,this study is to analysis simulation results and biomechanical differences of manipulation of lever location and plane forces through this model,which will reveal the mechanisms of effect of manipulation of lever location on the lumbar intervertebral disc and provide the basis for analysis of rationality of manipulation which will promote standardization of manipulation.meanwhile,this study make the key points of effect of manipulation of lever location on the lumbar intervertebral disc clear,which will provide a scientific basis for future treatment of lumbar disc herniation.

本项目通过动物及人体数据采集，研究建立具有腰椎、椎间盘、肌肉、神经所构成的系统解剖与生理特征的生物力学模型，把L4-5椎间盘及邻近的肌肉和神经组织为一个生物系统整体，用有限元法对该整体进行分割离散，每个有限元为一个LRC基本单元，利用肌电图检测神经的电活动，利用应变片检测x，利用力传感器检测F，由此建立腰椎间盘的基于神经反馈控制的生物力学模型。并运用所建立的模型，研究杠杆定位手法与平面力手法（大鱼际揉法）所产生的仿真效果，分析这两种手法生物力学的差异性；揭示杠杆定位手法对腰椎间盘影响的机制，为正确分析手法的临床合理性提供依据，为手法标准化、操作规范化、流程科学化提供基础。同时，通过本项目明确杠杆定位手法对腰椎间盘作用的关健点，为今后杠杆定位手法在腰椎间盘突出症的临床应用提供科学依据。

1.主要研究内容. 该课题首先研制了用于采集数据的生物力学数据采集系统，包括建立疲劳兔实验模型、人体生物力学数据采集装置、生物力学采集分析系统，可同步采集动物及人体的杠杆力和平面力的压力、位移和肌电图数据。其次，通过上述系统对家兔和人体的腰椎间盘在两种不同手法的作用下，建立有限元模型，分析肌电图与杠杆定位手法的相关性，研究肌电图的相关特征。最后对杠杆定位手法进行操作标准化研究。 .2.重要结果.成功开发了生物力学数据采集分析系统，经实践，该系统能准确采集杠杆定位手法和大鱼际手法作用下生物组织的压力、位移和肌电图数据，并能实时同步再现，建立了家兔的平面有限元模型、人体肌电图与两种手法应力和应变的相关性、人体腰椎间盘的平面有限元模型，获得人体腰椎间盘在杠杆定位手法作用下的生物力学参数（µ=0.3874，E=3.97N/mm²）。研究得出杠杆定位手法的操作标准：受术者髋、膝关节标记点连线与水平线的最大角度为76.33±0.82度；术者左肘关节总位移为7.38±0.68cm；受术者左膝关节总位移为6.67±0.37cm；手法开始到扳机点时角速度为15.28±3.18度/秒；从扳机点到最大角度的角速度31.82±8.83度/秒。上述分析系统与实验研究已经获得实用新型专利1项，发明专利1项，受理发明专利和实用新型专利各1项，并已经发表相关论文12篇，软件著作权正在整理文档并申请，另有3篇论文正在撰写中。.2.3.科学意义.通过生物力学数据采集分析系统的建立，可快速有效建立在外力作用下的生物组织有限元模型，并获得相应生物组织的生物力学参数，为研究杠杆定位手法的作用机制建立了新的科学研究方法。疲劳兔腰椎间盘有限元模型的建立，为正确分析疲劳兔腰椎间盘的生物力学特性提供了方法学的支持。肌电图与两种手法应力和应变的相关性研究结果，为阐述神经反馈对两种手法的作用机制提供了科学依据。杠杆定位手法的操作标准化研究成果为临床治疗腰椎间盘突出症提供了规范化应用的理论依据。