正常与特发性脊柱侧凸腰骶椎结构的静动态特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201421202033硕士学位论文正常与特发性脊柱侧凸腰骶椎结构的静动态特性研究论文作者：贾少薇学生类别：全日制学科门类：工学硕士领域名称：机械工程指导教师：范顺成职称：教授资助基金项目：天津市应用基础与前沿技术研究计划资助项目(13JCYBJC41200)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringTHESTUDYOFSTATICANDDYNAMICCHARACTERISTICSINNORMAL

2、ANDIDIOPATIHICSOLIOSISLUMBOSACRALSPINEVERTEBRASTRUCTUREbyJiaShaoweiSupervisor:Prof.FanShunchengFebruary2017ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.13JCYBJC41200原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用

3、过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要脊柱侧凸是一

4、种具有复杂病理特点的三维畸形，特发性脊柱侧凸最为常见且严重威胁青少年的身心健康。目前，对于不同类型的特发性脊柱侧凸腰骶椎的研究尚未深入，尤其对于正常脊柱和不同类型的特发性脊柱侧凸腰骶椎在特殊环境下的动态特性研究甚少，迫切需要针对个别类型的特发性脊柱侧凸进行研究，从而改善康复工具对于脊柱侧凸进行精确性的治疗，为未来精准康复和个性化治疗器械的研究和发展提供科学依据。因此，对正常和特发性脊柱侧凸腰骶椎结构进行站立位时的静态特性分析和特殊环境中的动态特性分析尤为重要。本文基于X射线扫描影像选取正常脊柱（12岁，女）腰骶椎模型和Lenke-4AN型与Lenke-5CN型特

5、发性脊柱侧凸（12岁，女）腰骶椎模型为研究对象，采用医学图像处理软件Mimics16.0和逆向工程软件GeomagicStudio12.0建立腰骶椎三维模型，通过有限元软件Abaqus14.1建立腰骶椎结构的三维有限元模型并且对其分别进行站立位时的静态特性分析和特殊振动环境下的动态特性分析，其中静态特性分析是研究人体腰骶椎在站立位时的应力和位移变化情况，发现三种模型在站立位情况下三个方向位移变化与其腰骶椎模型本身结构特点之间密切相关。另外，本文针对人体腰骶椎在特殊振动载荷情况下，对腰骶椎结构进行动态特性的研究；利用有限元模态分析，得到腰骶椎模型的固有频率和振型，

6、并且两种脊柱侧凸腰骶椎在低频环境中较正常腰骶椎更为敏感；利用稳态谐响应分析，得到腰骶椎模型各个椎体特征点的幅频特性曲线，曲线峰值处所对应的频率为易引起共振的固有频率。综上所述，本文以正常脊柱腰骶椎模型和两种具有代表性的Lenke-4AN型和Lenke-5CN型特发性脊柱侧凸的腰骶椎模型为例，结合生物力学及有限元理论并应用影像技术完成了腰骶椎结构的三维有限元建模，利用有限元分析软件Abaqus14.1对腰骶椎模型进行站立位时的静态特性和振动环境中的动态特性分析，对腰骶椎结构的防护提供了理论力学依据，并且为今后脊柱侧凸的治疗与康复提供可靠性根据。关键词：CT图像，有

7、限元法，变形趋势，模态分析，谐响应分析IABSTRACTScoliosisisakindofthree-dimensionalspinaldeformitythathasthecomplexpathologicalfeatures.Idiopathicscoliosis,themostcommonscoliosis,seriouslythreatenstoadolescentinbothphysicalandmentalhealth.Atpresent,thebiomechanicalpropertiesofdifferenttypesofscolioticlu

8、mbosacralver