大鼠异常前屈姿势下L_(6)-S_(1)椎间盘的X射线成像与有限元分析OA

背景:作者课题组前期构建了一种新型大鼠腰椎力学模型,该模型通过特定装置将大鼠腰椎长期固定于异常前屈姿势,成功诱导L_(6)-S_(1)节段退变。然而,目前尚缺乏对该模型的生物力学相关评估。目的:通过X射线片验证和有限元模型分析,评估大鼠异常前屈姿势下L_(6)-S_(1)节段的生物力学特性。方法:基于课题组前期建立的SD大鼠异常前屈姿势模型,选取3只健康雌性SD大鼠,在未麻醉捆绑和麻醉放松状态下拍摄侧位X射线片,测量L_(6)-S_(1)椎间盘角,分析L_(6)-S_(1)节段在不同姿势下的椎间盘角变化;基于1只健康雌性SD大鼠的Micro-CT扫描数据,利用Mimics、Geomagic Wrap和SolidWorks重建L_(6)-S_(1)节段三维模型,并在ANSYS Workbench中进行网格划分、材料赋值及前屈加载模拟,计算L_(6)-S_(1)椎间盘各组织结构的应力分布。结果与结论:①L_(6)-S_(1)椎间盘角在放松、捆绑姿势下平均值分别为(12.16±0.57)°,(1.26±0.26)°;②在L_(6)-S_(1)椎间盘前屈10°姿势下,椎间盘上终板、下终板、纤维环、髓核的最大等效应力分别为10.398,19.928,6.819,0.104 MPa,其中,上下终板最大von-Mises应力明显高于纤维环和髓核;③提示在L_(6)-S_(1)椎间盘前屈10°造模姿势下,L_(6)-S_(1)椎间盘角减小,致使L_(6)-S_(1)椎间盘形态及受力负荷发生显著变化;构建的有限元模型模拟了大鼠异常前屈姿势下L_(6)-S_(1)椎间盘的生物力学环境,该姿势下的上下终板承受较大等效应力,可能是此模型中理论上最早出现退行性改变的结构。