椎间盘的位移图显示：椎间盘整体发生向前、向右的位移，在X轴方向上椎间盘整体向右侧发生位移，位移大小为7.683 mm；在Y轴上，左侧(突出侧)向前移动，位移大小为4.029 mm，而右侧(健侧)则向后方移动；在Z轴上，突出部位椎间盘向上位移，位移大小为1.908 mm。神经根位移图显示左侧神经根向前移动，位移大小为2.526 mm，而右侧神经根则向后移动，在Z轴上神经根向下位移，位移大小为0.234 mm，见图2。



2.3.2   拔伸按压斜扳复合手法   在施加拔伸按压斜扳复合手法时，与斜扳手法类似，在椎间盘前方应力最大，左右侧次之，而在椎间盘突出的位置应力最小；椎间盘应变则显示在椎间盘右侧应变最大，右侧后部的纤维环出现向右、向后的应变，而在左侧(突出侧)应变相对较小，左侧后部的纤维环同样出现向右、向前的应变，其应变方向和趋势同斜扳手法一致，但是应变值明显更大，其中纤维环应变大小为0.751 4，髓核应变大小为0.586 6。椎间盘的位移云图显示：椎间盘整体发生向前、向右的位移，在X轴方向上椎间盘整体都向右侧位移，位移大小为8.594 mm；在Y轴上：左侧(突出侧)向前移动，位移大小为5.409 mm，而右侧(健侧)则向后方移动；在Z轴上，突出部位椎间盘向上位移，位移大小为2.735 mm。神经根位移云图显示左侧神经根向前移动，位移大小为2.932 mm，而右侧神经根则向后移动，神经根在Z轴上向下移动，位移大小为1.971 mm，见图3。2种手法位移数据对比见表4。

腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation，LDH)是指由于椎间盘退变以及突出的髓核刺激或直接压迫神经根导致的一组综合征，常见症状有腰痛、坐骨神经痛等[1]。LDH是脊柱外科和疼痛科的常见疾病，数据显示LDH发病率为2%-3%，而35岁以上男性的发生率约为4.8%，女性为2.5%，在成年人的脊柱手术中，LDH患者所占比例是最高的[2]。LDH给患者带来剧烈的腰腿痛症状，严重影响患者的生活质量和身心健康，同时手术治疗和手术后的康复治疗也给患者带来巨大影响，还增加了巨额的社会医疗费用[3]。

随着对LDH研究的不断深入，非手术治疗已成为目前大部分LDH患者的首选方案[4]，大部分LDH患者经过规范、合理的保守治疗，能够避免手术[5]，中医手法在LDH中的作用巨大，具有疗效好、安全、无创等优势[6-7]。在长久的中医发展历史长河中，产生了众多中医手法和复合手法[8]，各种手法在临床中都取得了良好疗效，具有其各自的优点，但是各种手法之间的生物力学差异、疗效差异尚缺乏相应的深入研究。此文构建了L4-5运动节段三维有限元模型，对其分别模拟斜扳手法和拔伸按压斜扳复合手法，分析2种手法对腰椎功能单元各个组织应力、应变、位移的影响，从而对比其生物力学机制特点和疗效的差别。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

1.1   设计   单样本有限元分析，计算机模拟试验。
1.2   时间及地点   试验于2015年2月至2020年3月在云南中医药大学第一附属医院(云南省中医医院)完成。
1.3   对象   选择2017年11月云南中医药大学第一附属医院收治的1例成年女性L4-5节段LDH患者，年龄48岁，身高163 cm，体质量53 kg。患者反复腰部疼痛伴左下肢放射痛半年，查体：左下肢直腿抬高试验、加强实验阳性，左侧踇长伸肌肌力4级，左足第一二趾之间皮肤感觉稍减退。既往无脊柱手术史，无脊柱创伤病史，拍X射线片排除脊柱感染、脊柱肿瘤、半椎体、移行椎、脊柱侧弯等疾病，临床诊断为L4-5椎间盘突出症，患者已签署知情同意书。此次研究得到云南中医药大学第一附属医院伦理委员会批准。
1.4   材料   采用德国西门子公司64排CT机对患者腰椎进行扫描，扫描厚度0.3 mm，扫描电压120 kV，电流205.50 mA，扫描矩阵512×512，获得轴位断层图像376层，图像以DICOM格式存储。

试验设备：计算机硬件Intel(R)Core(TM)i9-9900CPU 3.6 GHz，64 G内存，Radeon(TM)RX460Graphics显卡，16G显存，Windows10 64位操作系统；医学图像处理软件Mimics 20.0(Materialis公司，比利时)；GeomagicStudio逆向工程软件(Geomagic公司，美国)；Solidwords 2014软件(Solidword公司，美国)；有限元分析软件Ansys Workbench 14.5(Ansys公司，美国)。

1.5   方法   
1.5.1   建立L4-5三维有限元模型   将患者腰椎所有CT图像以DICOM格式导入Mimics 20.0软件中，选取需要研究的部分，使用阈值分割、擦除、填充、区域生长等功能提取L4-5椎体骨组织得到初步模型，对其进行修整、打磨，使模型更加光滑、平整、接近真实椎体，将模型以点云格式文件从Mimics 20.0软件导出，输入Geomagic Studio软件中进一步对模型进行修补、打磨、曲面化等处理，经过点云阶段、多边形阶段、曲面生成阶段后生成椎体和椎间盘几何实体，导出为stp格式文件。然后将L4-5椎体及椎间盘模型导入Solidwords 2014中进行组装。在L4-5椎体轮廓的基础上进一步完成皮质骨、纤维环、髓核、软骨终板、关节突关节软骨及韧带等附属结构的建模，根据文献，皮质骨厚度0.4 mm，终板厚度0.25 mm[9]。椎间盘全部体积的43%为髓核，纤维环体积的20%为纤维，纤维走行呈“交叉状”[10-11]。模型的韧带包括前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、横突间韧带、棘间韧带、棘上韧带、关节囊，根据韧带的受力特性，韧带定义为只承受拉力、不承受压力和剪切力，每种韧带的横截面积取自文献[11]，
小关节面视为非线性的三维接触，采用面与面接触单元来模拟，摩擦系数为0.1[12]。将以上模型导入有限元分析软件Ansys Workbench 14.5中并进行装配、材料属性赋予、相互关系定义和网格划分，材料所赋予的属性见表1，2[13-14]。

1.5.2   腰椎L4-5三维有限元模型有效性验证   对模型添加边界条件与约束，固定L5椎体下表面，添加关节囊与椎体间的摩擦系数为0.1，对L4上表面施加500 N垂直压力模拟重力，然后施加6 N·m扭矩，以模拟L4-5节段前屈、后伸、左倾、右倾、左旋转、右旋转等6个方向的基本运动，在软件中获得L4-5节段的力学性状，并与相关文献数据结果对比[15-16]，以验证模型的有效性。
1.5.3   边界及载荷条件   侧卧位下行斜扳手法的模拟和加载，模型处于左侧卧位，根据文献[17]对模型进行力学加载，于L4上缘右侧加载246 N向后的推扳力，于L5下缘右侧加载266 N向前的推扳力，通过2个相反方向力的加载来模拟临床斜扳手法的操作过程。

拔伸按压斜扳复合手法模拟拔伸手法，作用力大小为400 N，方向沿Z轴方向[18]；按压手法作用力为200 N，方向沿Y轴方向，顺序为：先模拟拔伸手法，然后加载按压力，最后进行斜扳力的加载，方法同斜扳手法。 
1.6   主要观察指标   2种手法过程中L4-5节段各个组织结构的生物力学、形态变化，椎间盘和神经根之间的相对位移距离。

随着中国社会人口年龄结构的变化和人们生活方式的改变，LDH患者逐年增加，并且患者年龄也有低龄化的趋势，对LDH的治疗也提出新的挑战和要求[19]，保守治疗的方法越来越被业界重视[20]，其中中医传统手法治疗LDH具有悠久的历史，在长期的临床治疗中有着见效快、操作简便、无创、舒适度高等独特的优点。LDH中医传统治疗的众多手法中主要有拔伸、按压、斜扳及其复合手法等，例如钟士元[21]提出的坐位定点旋转复位法，苟亚博等[22]提出的俯卧推腰弹压牵抖法，沈国权[23]提出的脊柱微调手法等，这些不同而又各具自身特点的中医手法对于治疗LDH都具有一定疗效，但是其疗效差异较大，因此研究不同手法对于LDH的生物力学机制和治疗效果具有重要意义。手法治疗LDH具有相当复杂的生物力学机制，传统的研究方法很难有效对其进行模拟和分析，而三维有限元技术能用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统，具有较高适用性[24]，是目前在脊柱生物力学方面采用较多的研究方法[25]。

突出的椎间盘对神经根的压迫或刺激是诱发患者根性症状的关键因素[26]，因此椎间盘和神经根之间的位移以及两者相对距离的变化是研究的重点。此文构建了L4-5运动节段椎间盘突出患者的三维有限元模型，对比在斜扳和拔伸按压斜扳复合手法两种不同手法下椎间盘的应变大小。在2种手法中，椎间盘和神经根都显示了与施加斜扳手法方向一致的应变和位移，这提示在临床中对LDH患者使用斜扳手法时，应该让症状侧处于侧卧位的下方，才能使椎间盘和神经根发生期望的应变和位移，达到预期的治疗目的。

在斜扳手法中，椎间盘的纤维环部分发生0.622 3的应变，髓核发生0.451 2的应变；在拔伸按压斜扳复合手法中，椎间盘的纤维环部分发生0.751 4的应变，髓核发生0.586 6的应变。在2种手法中，椎间盘的应变趋势相同，突出侧椎间盘都发生了向前、向健侧的应变，但是复合手法中的椎间盘整体应变明显大于单纯斜扳手法，更有助于缓解椎间盘的突出，促进纤维环回缩以及髓核回纳。

在斜扳手法中，椎间盘整体在X轴向右侧移位7.683 mm，在Y轴左侧椎间盘(突出侧)向前移位4.029 mm，左侧椎间盘(突出侧)在Z轴向上移位1.908 mm；在拔伸按压斜扳复合手法中，椎间盘整体在X轴向右侧移位8.594 mm，在Y轴左侧椎间盘(突出侧)向前移位5.409 mm，左侧椎间盘(突出侧)在Z轴向上移位2.735 mm。在2种手法中，椎间盘都发生了向前、向下、向健侧的位移，同应变方向一致，其中椎间盘在X轴方向上的位移大小差异不大，但是在复合手法中，椎间盘向前和向下的位移都更为明显，同应变的结果一致，复合手法会使椎间盘向前、向下位移更大，更有助于椎间盘的回纳，从而更好地减轻椎间盘突出。在斜扳手法中，左侧神经根在Y轴向前移位2.526 mm，在Z轴向下移位1.234 mm；在拔伸按压斜扳复合手法中，左侧神经根在Y轴向前移位2.932 mm，在Z轴向下移位1.971 mm。综合椎间盘的位移情况可以得出，在斜扳手法中，突出侧椎间盘和神经根Y轴上的相对距离较施加手法前增加了1.503 mm，在复合手法中则是增加了2.477 mm；突出侧椎间盘和神经根Z轴上的相对距离较施加手法前增加了2.142 mm，在复合手法中则是增加了4.706 mm。由此可以看出，2种手法都可以有效增加神经根和椎间盘之间在Y轴和Z轴上的相对距离，但是复合手法的效果更加突出。由于L5神经根通常位于L4-5椎间盘的下缘[27]，突出椎间盘的向上移位及神经根的向下移位，有效增加了两者在Z轴上的距离，对于缓解L5神经根的压迫症状具有重要临床意义。

综上所述，斜扳手法和拔伸按压斜扳复合手法对于LDH患者均具有良好的疗效，都可以有效减轻椎间盘突出，有助于突出椎间盘的收缩和回纳，并且使突出椎间盘和神经根之间的相对距离增加，缓解神经根的压迫，减轻患者症状；但是拔伸按压斜扳复合手法能使椎间盘和神经根产生更大的应变、位移，能更加有效地增加两者的相对距离，从而获得更佳的疗效。

此次研究依然存在局限性和不足之处，在实验中无法将肌肉和关节作用力以及在实际中操作中患者的肌肉收缩等情况完全逼真地模拟出来[28]，并不能完全模拟临床上手法操作时脊柱生物力学的真实变化过程；此外，复合手法虽然可能疗效更好，但是在临床上具体实施有一定难度，未来还需要进一步深入研究和反复验证。
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文题释义：
斜扳手法：患者取侧卧位，患侧在下，术者面对患者而立，一手按住其肩前部，另一手以肘部抵住其臀部，双手协同用力作相反方向的缓缓推动，使其腰部被动扭转，当旋转到最大限度时再发力扳动，一般此时可听到清脆的弹响声，左、右各扳1次，常用于治疗椎间盘突出、小关节紊乱、急性腰扭伤等。
拔伸按压斜扳复合手法：患者取侧卧位，患侧在下，2名操作者分别在头侧和尾侧对肩部及双下肢进行拔伸牵引，另一名操作者需要在患者背部进行患处的垂直按压，在持续的拔伸和按压下，斜扳术者站立于患者腹侧，另一手以肘部抵住其臀部，双手协同用力作相反方向的缓缓推动，使其腰部被动扭转，当旋转到最大限度时再发力扳动，一般此时可听到清脆的弹响声，左、右各扳1次。此复合手法在临床中操作困难，需要结合后期研发的脊柱手法床进行操作。
三维有限元分析：利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。利用简单而又相互作用的元素(即单元)，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

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中医手法在腰椎间盘突出症中的作用巨大，具有疗效好、安全、无创等优势。在长久的中医发展历史长河中，产生了众多中医手法和复合手法，各种手法在临床中都取得了良好疗效，具有其各自的优点，但是各种手法之间的生物力学差异、疗效差异尚缺乏相应的深入研究。此次研究利用三维有限元在研究生物力学方面的独特优势，对斜扳手法和拔伸按压斜扳复合手法治疗腰椎间盘突出的生物力学机制进行研究，并且进一步分析两种手法的疗效差异。结果显示：2种手法对于腰椎间盘突出症患者都具有良好疗效，使突出椎间盘收缩和回纳, 增加突出椎间盘和神经根之间的距离，减轻神经压迫症状，其中复合手法疗效更佳。

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