空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂的三维有限元分析

摘要

背景:空心拉力螺钉技术治疗峡部裂有很多优势,但依然存在内固定的断裂、松动的风险。目的:通过三维有限元软件建立L-S正常模型、峡部裂模型及空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂模型,分析空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂的生物力学稳定性。方法:选择1名男性健康青年军人志愿者,对志愿者腰椎、骶椎进行三维CT扫描,获取影像学数据并保存为Dicom格式。将CT数据导入Mimics research 21.0软件初步建立几何模型,并进行偏差分析,将所得模型以STEP格式输出;再导入Solidworks 21.0软件分别建立L-S节段正常、L双侧峡部裂、空心拉力螺钉治疗峡部裂3组模型,分别用A,B,C表示,比较轴向压缩、前屈、后伸、左侧弯、左旋转5种工况下3组模型的生物力学特点。结果与结论:①相比于A,C模型,B模型在轴向压缩、前屈、后伸、左侧弯、左旋转5种工况下的整体最大位移均为最大,而A,C整体最大位移相差不明显;②C模型去除内固定之后,最大应力趋势与A模型相近,而B模型在左侧弯及左旋转时应力明显高于A,C模型;③3组模型的整体最大转角表明,B模型在5种工况下的最大转角明显大于A,C模型,A,C模型相似;3组模型L椎体的活动度变化不明显;而B模型L椎体的活动度明显高于A,C模型,在左侧旋转及左侧弯时更明显;④结果说明,脊柱生理运动状态下,空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂模型的变化趋势同正常模型,可获得良好的生物力学稳定性,保留了脊柱的正常力学特性,但应避免术后即刻过度的后伸及旋转。