文献类型：期刊文章

作　　者：高永昌[1] 付彦涛[1] 崔庆峰[1] 陈世斌[1] 刘鹏[2] 刘西纺[2]

GAO Yongchang;FU Yantao;CUI Qingfeng;CHEN Shibin;LIU Peng;LIU Xifang(National Engineering Laboratory for Highway Maintenance Equipment,Changan University,Xi'an 710064,P.R.China;Honghui Hospital,Xi'an Jiaotong University,Xi'an 710054,P.R.China)

机构地区：[1]长安大学工程机械学院公路养护装备国家工程实验室,西安710064 [2]西安交通大学附属红会医院,西安710054

出　　处：《生物医学工程学杂志》

基　　金：陕西省重点研发计划项目(2023-YBSF-623);云南省教育厅科学研究基金项目(2024J0020)。

年　　份：2025

卷　　号：42

期　　号：4

起止页码：799-807

语　　种：中文

收录情况：BDHX、BDHX2023、核心刊

摘　　要：腰椎间盘有着复杂的生理结构,各节段间相互影响,且腰椎间盘的组分极为复杂。腰椎间盘中不同组分的材料属性,尤其是含水量(受年龄、退变、负荷及蛋白多糖含量影响而动态变化),会直接影响其力学性能;当腰椎间盘持续承压时,水分渗出,承压结束后水分则重新渗入。这种动态的液体交换过程直接影响着腰椎间盘的力学性能,而以往各向同性的建模方法难以精细反映这种固液相行为。为探究腰椎间盘的承载机制,建立更为真实的腰椎间盘力学模型,本研究构建了固液双相、纤维增强的腰椎间盘有限元模型,以其分别预测人体腰椎日常的前屈、后伸、轴向旋转与侧弯四个维度的运动,对比分析了四个维度运动下不同节段腰椎间盘纤维环与髓核的流体压强、固相等效应力以及液体承压比。在四个维度的运动下,流体压强的分布更靠近髓核,而固相等效应力的分布更集中于外侧纤维环。流体压强方面,侧弯时腰椎间盘最大流体压强为1.95 MPa,显著高于其他维度运动下的最大流体压强;而前屈时腰椎间盘最大固相等效应力为2.43 MPa,显著高于其他维度运动下的最大固相等效应力;总体上,轴向旋转时比其他维度运动下的液体承压比偏小。本研究通过固液双相建模方法,更精确地揭示了腰椎间盘在日常承压过程中液相的主导作用,以及纤维环承载的固相力学机制,更有效地预测了日常生活中腰椎间盘的固液相共同承载机制。

关 键 词：腰椎间盘 有限元分析  固液双相  纤维增强 液体承压比  

分 类 号：R318.01[生物医学工程类]