Biomechaniczna ocena zmian strukturalnych i funkcjonalnych kręgosłupa lędźwiowego u zawodników...

SPIS TREŚCI

Wykaz ważniejszych oznaczeń 7
1. Wprowadzenie 8
2. Stan wiedzy i analiza przedmiotu badań 12
2.1. Biologiczna i biomechaniczna charakterystyka wioślarstwa 12
2.1.1. Analiza ruchomości kręgosłupa lędźwiowego 21
2.1.2. Biomechaniczny obraz funkcji układu lędźwiowo-miednicowo-biodrowego 25
2.1.3. Obciążenia odcinka lędźwiowego w czasie pokonywania "wioślarskiego dystansu" 27
2.2. Mechaniczne właściwości struktur tkankowych oraz funkcje kręgosłupa 35
2.2.1. Właściwości wytrzymałości mechanicznej poszczególnych tkanek kręgosłupa  44
2.3. Przesłanki wyjściowe do badania empirycznego 63
2.4. Cel pracy  64
3. Materiał i metody badawcze 66
3.1. Materiał badawczy 66
3.2. Metody badawcze 67
3.2.1. Tomografia komputerowa (CT) 67
3.2.1.1. Wyznaczanie cech ukształtowania kręgosłupa oraz wymiarów krążków międzykręgowych i kręgów 69
3.2.1.2. Pomiar parametrów opisujących zmiany strukturalne w trzonach kręgowych 72
3.2.1.3. Tworzenie geometrii kręgów i krążków międzykręgowych 77
3.2.2. Ocena parametrów zewnętrznych opisujących stan kręgosłupa elektrogoniometrem tensometrycznym Penny and Giles'a 77
3.2.3. Wyznaczanie kąta przodopochylenia miednicy 79
3.2.4. Test Thomasa 79
3.2.5. Zastosowanie nowych technik numerycznych do oceny zmian właściwości wytrzymałościowych w odcinku L4-L5 80
4. Geometria lędźwiowo-krzyżowej części kręgosłupa u zawodników wyczynowo uprawiających wioślarstwo 81
4.1. Wyniki badań własnych 82
4.1.1. Charakterystyka zmian średnich wartości parametrów geometrycznych kręgosłupa w grupie zawodników wyczynowo uprawiających wioślarstwo 83
4.1.1.1. Indeks Lordozy Lędźwiowej (ILL) 83
4.1.1.2. Lordoza lędźwiowa 84
4.1.1.3. Kąt Whitmana-Fergusona 86
4.1.1.4. Kąt przodopochylenia miednicy (KPM) 88
4.1.2. Charakterystyka zmian ruchomości kręgosłupa u zawodników wyczynowo uprawiających wioślarstwo 89
4.1.3. Ocena postawy ciała - ustawienie barków i położenie łopatek 91
4.2. Omówienie 93
5. Zmiany patologiczne krążków międzykręgowych w odcinku lędźwiowo-krzyżowym u zawodników wyczynowo uprawiających wioślarstwo 97
5.1. Wyniki badań własnych 97
5.1.1. Charakterystyka zmian średnich wartości wysokości tylnej i przedniej części krążka międzykręgowego w odcinku lędźwiowym kręgosłupa u zawodników wyczynowo uprawiających wioślarstwo 98
5.1.2. Charakterystyka zmian średnich wartości wysokości tylnej i przedniej części trzonów kręgowych odcinka lędźwiowego kręgosłupa u zawodników wyczynowo uprawiających wioślarstwo 99
5.1.3. Inne stwierdzone zmiany w obrazie tomograficznym u wioślarzy 102
5.2. Omówienie 103
6. Analiza właściwości radiologicznych i wytrzymałościowych tkanki kostnej odcinka lędżwiowo-krzyżowego kręgosłupa u zawodników wyczynowo uprawiających wioślarstwo 106
6.1. Wyniki badań własnych 106
6.1.1. Rozkład gęstości radiologicznej w trzonie kręgowym u zawodników wyczynowo uprawiających wioślarstwo 106
6.1.2. Związek gęstości radiologicznej trzonów u wioślarzy z liczbą lat wyczynowego treningu 112
6.1.3. Charakterystyka zmian właściwości sprężystych tkanki kostnej kręgosłupa u zawodników wyczynowo uprawiających wioślarstwo 115
6.1.4. Model konstytutywny i jego weryfikacja na podstawie danych z badań własnych 116
6.1.5. Związki wartości modułu sprężystości podłużnej ze stażem zawodniczym (liczonym w latach treningu) 120
6.2. Omówienie 123
7. Metody komputerowe wspomagające ocenę stanu oraz zmian strukturalnych kręgów z przeciążenia u zawodników wyczynowo uprawiających wioślarstwo 133
7.1. Metoda badawcza 133
7.2. Modelowanie struktur i biomechanicznych funkcji kręgosłupa z uwzględnieniem warunków obciążenia charakterystycznych dla wioślarstwa 136
7.2.1. Przegląd literatury opisującej mechanikę ludzkich kręgów oraz opis i definicja parametrów konstytutywnych tkanki kostnej 136
7.2.2. Rekonstrukcja geometrii przestrzennej kręgów z wykorzystaniem skanowania trójwymiarowego oraz tomografii komputerowej  137
7.2.2.1. Przetwarzanie danych pomiarowych 137
7.2.2.2. Tworzenie powierzchniowego modelu 3D 138
7.2.3. Rekonstrukcja geometrii kręgów na podstawie zdjęć uzyskanych z tomografii komputerowej  142
7.2.3.1. Własna propozycja procedury rekonstrukcji kręgów z obrazów będących wynikiem badania tomograficznego 143
7.2.4. Generacja przestrzennych siatek MES 145
7.2.5. Charakterystyka poszczególnych elementów modelu segmentu ruchowego L4-L5  147
7.2.6. Model numeryczny segmentu ruchowego L4-L5 150
7.2.6.1. Przyjęcie modelu konstytutywnego i jego sprawdzenie na podstawie danych z badań własnych 151
7.2.6.2. Model numeryczny segmentu ruchowego L4-L5 - orientacje materiału  151
7.2.6.3. Model numeryczny segmentu ruchowego L4-L5 - definicja kontaktu i połączeń 151
7.2.6.4. Model numeryczny segmentu ruchowego L4-L5 - warunki brzegowe 151
7.2.6.5. Model numeryczny segmentu ruchowego L4-L5 - obciążenia 152
7.2.7. Modele obliczeniowe pojedynczego kręgu oraz segmentu ruchowego: przeprowadzenie obliczeń i analizy odkształceniowo-naprężeniowej otrzymanych wyników 154
7.3. Całościowy proces pomiarowo-diagnostyczny patologii kręgu człowieka 154
7.4. Model numeryczny - wynik 156
7.5. Potwierdzenie metody i uzyskanych wyników na przykładowym osobniku klinicznym z uwzględnieniem animacji komputerowych 185
8. Podsumowanie 186
8.1. Przydatność diagnostyczna zastosowanych metod pomiarowych 190
8.2. Biomechaniczne przesłanki profilaktyki przeciążeń kręgosłupa u wioślarzy  191
9. Wnioski 193
10. Aneks 195
Bibliografia 219
Streszczenie 239
Abstract  242