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目的:基于正常志愿者、骨质疏松症患者和太极拳练习者的CT图像个体化精准建立单个腰椎(L3)的有限元模型,并分析骨强度;进一步评价太极拳对腰椎骨强度的作用。
方法:采用交互式医学图像控制系统MIMICS软件对获得的CT图片进行处理后导人大型通用有限元软件ANSYS中个体化精准建立L3有限元模型。通过模拟正常站立、一般活动和突然跌倒时,分别在上终板施加0.3、1.0、4.0MPa轴向压力,计算最大应变数值以及von Mises应变值高于4500μstrains骨体积占总体积比率。
结果:正常站立、一般活动和突然跌倒时正常腰椎vonMises应变最大值分别为2931.7μstrains、9474.4μstrains、40146μstrains;骨质疏松腰椎分别为191420μstrains、638090μstrains、2552000μstrains。太极拳练习者分别为9604μstrains、697280μstrains、2290000μstrains。正常腰椎vonMises应变值高于4500μstrains的体积占总体积的比例分别为0、1.1%、59.2%,提示正常腰椎正常站立、一般活动时腰椎骨折风险较低,突然跌倒时腰椎具有一定的骨折风险;骨质疏松腰椎分别为1.9%、40.7%、63.4%,提示骨质疏松腰椎正常站立时腰椎骨折风险较低,一般活动、突然跌倒时腰椎具有一定的骨折风险。太极拳练习者腰椎分别为0.23%、24.5%、58.1%,提示而太极拳练习者正常站立时腰椎骨折风险较低,一般活动、突然跌倒时腰椎具有一定的骨折风险。但是一般活动时,太极拳练习者具有骨折风险的骨体积比率低于骨质疏松症患者;突然跌倒时,具有骨折风险的骨体积比率,仍然是骨质疏松症患者最多,而太极拳练习者最小。
结论:基于患者CT图像成功建立了外形逼真、材料属性个体化、能在一定程度上反映骨强度变化的单个腰椎L3的数字模型;长期规律太极拳锻炼能够增强腰椎骨强度。