钉钩系统+横连治疗腰椎峡部裂的三维有限元分析

摘要

目的：应用三维有限元分析法，对钉钩系统+横连治疗单纯腰椎峡部裂进行生物力学性能分析，为临床上钉钩系统+横连治疗单纯腰椎峡部裂提供理论基础。 方法：1.选取一名健康男性青年志愿者，用MRI机对其腰椎进行连续扫描，利用MRI图像和Simpleware软件建立正常L4—L5节段模型。2.将模型导入ANSYS11.0中行前处理后，计算其平均刚度并与实测法比较以验证建模方法有效性。3.利用MRI图像、Simpleware软件和Solidworks2006软件建立了以下四种L3—L5节段模型：正常节段、单纯L4双侧峡部裂节段、钉钩系统固定的单纯L4双侧峡部裂节段及钉钩系统+横连固定的单纯L4双侧峡部裂节段。4.将四种模型分别导入ANSYS11.0有限元分析软件进行前处理后，在轴向500N载荷和15N·M力矩下，模拟人体腰椎正常生理轴向载荷、前屈、后伸、侧弯和扭转，比较四种模型的总体最大位移、总体最大转角和应力变化并进行分析。 结果：1、总体最大位移和总体最大转角：峡部裂模型在前屈、后伸、侧弯和扭转工况下位移和旋转角度都是最大的，特别是在前屈和后伸工况下，经钉钩系统和钉钩系统+横连固定后，位移和旋转角度都明显减小，而钉钩系统+横连固定模型在各种工况下的位移和旋转角度均小于钉钩系统固定模型。其中在位移方面，钉钩系统固定模型在前屈、后伸、侧弯和扭转工况下分别较峡部裂模型减小64.32％、25.52％、16.86％、38.90％，钉钩系统+横连固定模型分别较峡部裂模型减小70.84％、37.02％、25.96％、52.26％；而钉钩系统+横连固定模型分别较钉钩系统固定模型在减小18.29％、15，43％、10.94％、21.86％。在旋转角度方面，钉钩系统固定模型在前屈、后伸、侧弯和扭转工况下分别较峡部裂模型减小21.72％、32.91％、16.68％、25.60％，钉钩系统+横连固定模型分别较峡部裂模型减小33.23％、41.53％、31.37％、39.26％；而钉钩系统+横连固定模型分别较钉钩系统固定模型在减小14.70％、12.84％、17.63％、18.36％。2、应力分布：钉钩系统固定模型在各种工况下的最大应力均出现在钉钩系统，其中以前屈工况下为最大，为175MPa，主要发生在椎板钩与椎板后下部接触部分；而钉钩系统+横连固定模型除侧弯工况外，其余最大应力均比钉钩系统固定模型明显减小，且受力更均匀，内固定物出现应力集中的情况更少，其最大应力主要出现在前屈和侧弯工况下，分别为153 MPa、145 MPa，集中于椎弓根钉与横连之间的椎板钩中部。 结论：钉钩系统+横连固定能有效提高峡部裂腰椎的稳定性；钉钩系统+横连固定在恢复腰椎的稳定性以及应力分布方面优于钉钩系统固定。

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综述：单纯腰椎峡部裂的研究进展

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