人类活体颈椎生物力学性能测试仪器的研制

摘要

颈部疼痛和运动障碍是人类的常见病症,不管起因如何,受伤和退化将使颈椎的力学性能发生变化.由于颈椎的生理结构复杂,描述其在三维坐标系的运动状态需要3个平移参数和3个转角参数.为此,我们在颈椎运动力学性能研究时做如下的力学模型简化:把人体的胸部和头部看成是两个刚体,它们之间仅由颈椎相连.当人体的胸部被固定时,头部做曲伸、旋转、侧弯运动,简化为头部绕第一胸椎(T1)的转动.为实现这一运动,我们研制了一套专用的测试装置.测试者接受的是被动测试,头部的旋转是由扭力扳手产生的.当扭力扳手对某轴施加一力偶时,就向被试者头部传递了一力矩T,而此力矩可通过安装在扭力扳手上的力传感器将信号传递到应变仪上测出;头部在这力矩作用下的转角θ则由安装于测试装置上的转角指示器显示.我们分别对四位受试者进行了测试,得到了对应的T-θ曲线图.测试表明,尽管受试个体间存在着特异性,但也能找到一些明显的规律,例如每个受试者颈椎旋转的运动角度要大于其它的几种运动.