静态加载及冲击条件下骨盆后环生物力学效应研究

摘要

骨盆环后部骨一韧带复合结构称为骶骼复合体，包括骶髂关节、骶髂关节周围韧带、骶棘韧带、骶结节韧带及骨盆底的肌肉和筋膜，亦称为骶髂复合结构。骶髂复合结构是躯干与下肢负荷传递的枢纽，占整个骨盆功能的60％。
　　骶髂关节是髂骨和骶骨之间的一个滑液关节，为单纯骨连接，连接处的关节表面有软骨覆盖。其运动主要由周围肌肉和韧带控制，强大的骶髂韧带限制了骶髂关节的过度运动，维持了骶髂关节的稳定，同时骶髂关节面内不规则的凹凸咬合“自动内锁装置”亦增加了骶髂关节的稳定性，限制了关节的运动。骶髂韧带附着在关节周围，通过自身坚强的韧性，限制关节的相对运动，是维持关节稳定的一个重要因素。其连接为“自紧张”，可减低关节的部分区域张力，从而将骶骨和髂骨稳定的连接在一起。韧带的松弛或其他改变，将极大的减低骶髂的稳定，增大骶髂关节的相对运动范围，改变其应力分布。亦可能成为骶髂关节疼痛的根源。且由于骶髂关节的关节面结构并不与力的传递结构垂直，故而其相较于其他关节更容易发生退变，软骨是最常发生退变的区域，其退变所导致的骶髂关节的生物力学变化，亦可能成为疼痛的重要原因。
　　骨盆后环血管密布，车祸及坠落所造成的骨盆后环稳定性破坏所导致的血管损伤是骨盆骨折早期最主要的致死因素。骨盆损伤严重程度是预测血管损伤的重要指征，然而，课题组前期临床研究发现部分骨盆损伤严重程度与血管损伤程度并不相关，国内外亦有类似报道。既往研究发现而血管断裂不仅与骨盆损伤的程度相关，还与骨折移位、位置及损伤原因相关；有限元动态分析提示，血管损伤亦与致伤部位及冲击载荷特征相关。明确周围结构致伤情况与血管损伤之间的联系，有利于血管损伤的准确预测，而其尚还未被明确表达。
　　基于上述问题，本课题以骨盆后方作为研究对象，在既往研究所构建的有限元模型的基础上，改变有限元的韧带及软骨属性，模拟韧带松弛、软骨硬化及融合条件，研究其应力及应变的变化，分析其影响。同时，建立包含动脉的股骨—骨盆复合体有限元模型，并利用既往研究对有限元结果进行验证。在此基础上对模型施加侧方及前后方冲击载荷，获取骨盆后环结构及血管的冲击响应谱，探究后环结构损伤与血管损伤之间的联系。
　　在本文的研究中发现，在骶髂关节韧带松弛及软骨硬化的条件下，骶髂软骨的应力明显增加，表明软骨硬化和韧带松弛可能是骶髂源性下腰痛的原因，而骶髂融合时骶髂软骨应力可明显减低，分布更均匀，提示融合在骶髂源性疼痛方面有着较为积极的作用。另外，本文建立了包含骨盆动脉的骨盆-股骨复合体有限元模型。模型具有解剖结构的相似性和完整性，经与既往研究验证能准确反映骨盆后环的冲击响应，适用于骨盆动脉损伤的生物力学研究。研究表明侧面冲击条件下骨盆骨骼的运动和变形会造成动脉一定的损伤风险。

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第一章 绪论

1.1骨盆后环是维持骨盆环稳定的重要结构

1.2 骶髂关节退变是下腰痛的重要原因之一

1.3 冲击性损伤是骨盆后环的重要致伤因素

1.4 研究目的、内容及方法

第二章 骨盆后环静态生物力学特性分析

2.1静态加载条件下骨盆有限元模型的构建

2.2韧带松弛情况的模拟

2.3软骨硬化情况的模拟

2.4 骶髂融合情况的模拟

2.5 本章小结

第三章 动态冲击条件下骨盆生物力学特性的研究

3.1 模型的建立

3.2 边界条件及接触的设定

3.3 验证方法

3.4 模型的求解

3.6 结果与分析

3.7 讨论

3.8 本章小结

第四章 全文总结与展望

本文工作总结

后续研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

附录

综述一：骶髂关节疼痛的生物力学研究进展

综述二：冲击暴力下骨盆血管损伤的研究进展