基于有限元分析腰椎内固定的生物力学特征

• 作者: 吴云乐 宗少晖 彭小明 施雄志 李柯柯 杜力 胡溪源 陶勇
• 来源期刊: 中国组织工程研究
• 学科: 医学
• 关键词: 骨科植入物 脊柱植入物 腰椎 椎板切除 椎弓根螺钉 有限元 脊柱 生物力学 Mimics
• 年，卷（期）: 2016,（13）
• 所属期刊栏目: 技术与方法 -- 骨与关节生物力学
• 页码范围: 1932-1938
• 页数: 7页
• 分类号: R318
• 字数: 6314字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.13.015

摘要

背景：后路椎板切除常使脊柱稳定性丧失，故术中多需要使用钉棒内固定技术维持腰椎稳定性。利用有限元分析可以模拟脊柱修复术后脊柱及内固定系统受力情况。目的：构建脊柱腰椎L1-L3三维有限元模型，运用三维有限元方法分析全椎板切除及双侧椎弓根螺钉置入后脊柱稳定性变化和应力分布情况。方法：采集1例成年健康男性志愿者L1-L3CT数据，应用Mimics14.01、3-matic(V6.0)、Ansys 15.0等软件构建L1-L3完整有限元模型(A组)、L2行全椎板切除后L1-L3有限元模型(B组)、L2全椎板切除后双侧单节段椎弓根螺钉内固定系统有限元模型(C 组)。模拟腰椎行前屈、后伸、侧弯及旋转，分别对3个模型进行有限元分析。结果与结论：①根据不同运动状态下的VonMises最大应力比较可知，B组最大应力大于A组(P <0.05)，C组最大应力大于B组(P <0.05)。②根据不同运动状态下的最大位移可知，B组最大位移大于A组(P<0.05)，C组最大位移小于A、B组(P <0.05)。③提示椎板切除后椎体局部受力增加，尤以椎板、椎弓根及关节处增加明显，椎体活动范围增加，影响椎体稳定性；内固定可使椎体活动度减小，使腰椎应力集中于螺钉，椎板及椎弓根应力减小，椎体稳定性增加。过大的应力集中于钉棒系统会增加断钉风险。