题目：下肢牵拉与振动对腰椎的生物力学影响

    腰椎作为脊柱中的主要活动节段和受力部位，是脊柱疾病的主要发病部位。目前，牵引康复疗法在临床上被广泛用于椎间盘突出等疾病治疗。此外，已有研究证实长期高频振动可引起人体腰椎疾病，但短时间高频低强度振动有助于促进骨合成、抑制骨吸收，因此高频低强度振动刺激成为骨质疏松症的一种有效防治手段。然而，关于牵引及振动用于治疗腰椎相关疾病还需进一步的定量研究。因此，本文从生物力学的角度分析牵引和振动对腰椎的影响，这不仅对临床具有一定的指导意义同时有助于深入了解牵拉和振动对腰椎的生物力学作用机制。

    本文基于扫描的腰椎CT图像，利用MIMICS进行三维重建和GEOMAGIC进行曲面优化构型获得符合人体真实腰椎解剖结构的几何模型，并通过HYPERMESH得到腰椎网格模型，最后导入ABAQUS分析采用不同摆幅和不同头低位角度的牵拉摆动、不同振动频率和不同振幅的低强度振动的全腰椎应力分布及应力结果差异，以及自由状态下腰椎模态分析得到腰椎的固有频率和振型。基于有限元数值模拟手段，本文得到以下结论：

    首先，在牵拉作用下，纤维环与髓核相邻的内环部分应力较大，髓核上下表面受到较大拉应力作用，髓核后纵韧带张应力增加，使髓核承受向腹侧的压力，因此牵拉有助于髓核回缩，帮助髓核与神经根之分离，改善椎间盘突出症状。摆动模式可以使椎间盘受到应力分布更均匀，避免牵引时造成髓核局部应力集中。髓核与纤维环等所受应力与头低位角度密切相关，在牵拉状态，椎间盘应力主要有头低位角度决定，在摆动模式下，椎间盘应力还受摆幅的影响。

    其次，在同一振动周期内，椎体应力分布均匀，上下表面应力较大，且在左后侧出现应力集中现象。不同频率与振幅条件下的振动，椎体所受应力分布情况相似。频率变化对椎体骨应力分布和大小影响不不大，而振幅与应力大小成正相关。

    最后，各阶模态最大振幅急剧变化，L5节段腰椎附近的振幅较大；相邻几阶模态的振型相似；多节段腰椎的固有频率比单节段腰椎的固有频率小，且椎间盘的固有频率最小。

    综上所述，本文利用数值模拟的方法，通过建立的全腰椎L1-5节段的三维有限元模型分析了下肢牵引以及振动对腰椎的生物力学影响，这有助于更好地了解腰椎在牵引和振动康复治疗中所处的潜在生理应力环境和活动变化，为临床的康复手段和参数设定的选择提供一定的帮助，同时确定腰椎的模态、振型和振幅等振动参数，对于康复器械的设计优化等方面具有重要意义。