椎间盘退变或缺损导致的下腰疼及其他脊椎病已经对人类的生活和经济造成了严重影响。虽然临床上采用了许多新技术、新方法进行治疗，但无法解决根本问题。近年来，随着组织工程相关新技术的不断提高，为病变椎间盘在形态结构与生理功能的再生和修复带来了新希望。本课题从椎间盘生物力学的角度入手，根据椎间盘的运动和受载形式，研制出一种用于椎间盘组织工程培养的双频压缩-扭转加载装置。该装置可提供轴向双频压缩加载及扭转加载，双频压缩包含低频高幅和高频低幅两个系统，其中低频高幅载荷是电机带动凸轮实现，通过调节电机的转速来实现不同频率的加载；高频载荷利用压电陶瓷来实现。扭转系统是使用步进电机带动载物台旋转，通过调节步进角控制旋转角度。该装置使椎间盘培养物接受类似于体内真实环境下所承受的轴向压缩载荷和扭转应力，有利于培养与活体椎间盘结构-功能相匹配的人工椎间盘组织，为椎间盘生物力学的进一步研究提供了有利条件。此外，利用三维医学图像处理软件Mimics和逆向工程软件Gemagic，构建出52岁健康男性的L3-L4腰椎节段三维模型，并通过Ansys软件构建出完整的椎间盘模型，包括软骨板、纤维、基质、髓核，赋予合理的单元类型和材料属性。对模型进行静力学分析，模拟椎间盘正压、前屈、侧弯、扭转及复合运动等多种工况，分别计算并得出相应载荷下椎间盘各组织的应力值和位移变化。有限元分析的结果，压力作用下，纤维环向前膨胀，前方的拉应力最大。屈曲和侧弯时，应力主要集中在后部，最大值出现在小关节棘突上。扭转时主要的应力出现在椎间盘的后侧方，应力变化由外层到内层逐层减小，且前侧方纤维应力值较大。所得结论为分析致病机理、改进手术方案、减少术后复发的概率等提供了理论依据。