脊柱损伤的新力学机制

脊柱损伤的预测和预防是预防健康科学的一个重要方面。脊柱或椎骨柱代表由 26 个可动椎体组成的链条，通过横向粘弹性椎间盘和纵向弹性肌腱连接在一起。本文提出了一种新的局部耦合加载率假设，该假设指出软组织和硬组织脊柱损伤的主要原因是局部欧几里得猛冲（Euclidean jolt），即 SE(3)-jolt，这是一种同时在多个耦合自由度上冲击局部脊柱的脉冲载荷。为了证明这一点，基于先前定义的协变力定律，我们制定了局部脊柱运动的耦合 Newton-Euler 动力学，并从中推导出了相应的耦合 SE(3)-jolt 动力学。SE(3)-jolt 是两种基本形式脊柱损伤的主要原因：(i) 局部平移位错导致的硬组织损伤；(ii) 局部旋转向错导致的软组织损伤。由 SE(3)-jolt 引起的脊柱位错和向错均使用 Cosserat 多极粘弹性连续介质模型进行描述。