一种新型钉道强化椎弓根螺钉的生物力学有限元分析

摘要

目的 自主研发一种新型钉道强化椎弓根螺钉,通过有限元法分析,模拟在人体骨质疏松性椎体中生物力学测试,评估该新型螺钉的临床应用价值.方法 选择1名年龄65岁骨质疏松志愿者,进行CT扫描获取数据(扫描电压120 KV,层距0.75 mm),三维重建L4椎体模型,并对4组不同螺钉植入物[新型钉道强化椎弓根螺钉+骨水泥组(A组)、可注射空心椎弓根螺钉+骨水泥组(B组)、普通椎弓根螺钉+骨水泥强化组(C组)、单纯普通椎弓根螺钉组(D组)]进行建模、网格划分.通过有限元分析软件模拟在骨质疏松腰椎椎体中进行生物力学测试,计算并比较分析各组椎弓根螺钉应力、拔出力及位移.结果 4组螺钉在施加固定载荷中,应力主要集中在螺钉根部、螺纹及骨水泥分布处.A组螺钉应力值最小,为173.8 MPa;B组为236.3 MPa;C组为298.5 MPa;D组为407.4 MPa.在模拟轴向拔出试验中,发生位移时,A组拔出力最大,为1508.1 N,B组为1304.1 N,C组为1128.4 N,D组为833.1 N.结论 在模拟骨质疏松椎体中,新型骨水泥钉道强化螺钉能有效地提高螺钉抗拔出力,增加螺钉在钉道内的稳定性.