胸腰椎前路新型动力加压内固定系统的三维有限元分析

摘要

目的:1、为了减少螺钉、连接棒等内固定器械对椎体间植骨部分的的应力遮挡效应，促进植骨融合设计研究一种能在植骨界面上产生有限滑动加压机制的胸腰椎前路新型动力加压内固定系统2、选取健康成年人脊柱的T12到L2节段，通过有限元软件建立其模型，并验证该模型的有效性;分别建立应用传统钉棒内固定系统和新型动力加压内固定系统两种不同手术方式的三维有限元模型。3、分析对比两种手术方式在不同动作载荷下内固定物和植骨的应力分布情况，以证明新型动力加压内固定系统对减少应力遮挡和应力集中的有效性，为下一步的体外实物模型试验和临床应用提供理论依据。
　　方法:选取1名健康成年志愿者，通过螺旋CT和Mimics、Solidworks、HyperMesh、Abaqus等计算机程序创建其脊柱T12～L2节段的有限元模型，并通过与前人实验所得脊柱功能单位(FSU)的平均刚度进行对比来验证所建模型的可行性。在有效性模型上建立在L1节段发生爆裂性骨折的情况下分别行前路钛网植骨并传统钉棒内固定系统和前路钛网植骨并新型动力加压内固定系统两种不同手术方式的有限元模型。在两种不同手术方式的有限元模型上分别给予前屈、后伸、侧屈、扭转、垂直等动作负荷，通过应力的分布显示图观察对比两种不同手术方式中植骨、螺钉、连接棒和钛网的应力分布形态和所受应力的平均值、最大值;并对两种手术方式在垂直载荷下植骨所受应力进行统计学比较。
　　结果:1、成功创建了健康成年人脊柱T12～L2节段的有限元模型，并且通过脊柱功能单位(FSU)平均刚度证实了模型的可行性。2、在可行性模型的基础上成功建立了L1节段发生爆裂性骨折后行前路钛网植骨传统钉棒内固定系统和前路钛网植骨新型动力加压内固定系统两种不同手术方式的有限元模型。3、在前屈、后伸、侧屈、扭转、垂直等动作载荷下，应力分布图显示两种不同手术方式的应力分布形态大致相同，其中内固定器械的应力主要集中分布在钛网两端、螺钉根部和连接棒上;通过对比两种手术方式中内固定器械和植骨所受应力的平均值与最大值，螺钉和连接棒在新型动力加压内固定系统中所受应力小于其在传统钉棒内固定系统所受应力，钛网和植骨在新型动力加压内固定系统中所受应力大于其在传统钉棒内固定系统所受应力，且在垂直负荷作用下植骨所受应力差异具有统计学意义(P=0.048＜0.05)。
　　结论:1、研发了一种胸腰椎前路新型动力加压内固定系统。2、创建了健康成年人脊柱T12～L2节段的三维有限元模型，并且证实了所建模型真实可行性。3、在L1节段，前路钛网植骨并传统钉棒内固定系统和新型动力加压内固定系统在不同载荷下的应力分布形态大致相同，都能提供内固定术后坚强的的稳定性。4、新型动力加压内固定系统能更好的减少内固定物对植骨的应力遮挡、增加植骨的载荷分享，从而提供植骨融合率。

目录

声明

摘要

前言

材料与方法

1．研究对象和软件设备

2．实验步骤和方法

2．1 建立脊柱T12~L2节段的有限元模型

2．2 检验T12~L2节段有限元模型的可行性

2．3．建立两种不同手术方式有限元模型

2．4 两种不同手术方式应力分布情况的对比

结果

1．有限元模型的可行性验证

2．两种手术方式不同动作下的应力分布情况

3．垂直载荷下两种内固定方式中植骨应力对比

讨论

结论

参考文献

综述 有限元分析法在脊柱生物力学研究中的最新进展

致谢