二段可调式解剖型脊柱修复重建系统三维有限元模型的建立及有限元分析
目的： 通过三维有限元软件建立二段可调式解剖型脊柱修复重建系统的三维有限元模型，并通过与钛网假体重建模型比较，分析二段假体植入后固定节段腰椎活动度变化及假体应力、应变分布情况，进行初步生物力学分析。 方法： 取一具新鲜成年猪脊柱(L1-L6)，去除椎旁的肌肉组织，保留韧带和骨的结构完整，拍摄X线片以排除外伤、肿瘤及其他退变性疾病并行薄层CT扫描，利用MIMICS19.0、Magics v16.0、3-matic、Catia v5r20及Abaqus6.51软件分别建立二段可调式解剖型假体修复重建系统及钛网假体植入系统三维有限元模型。在此脊柱标本上模拟手术操作，建立脊柱椎体缺损后假体置换内固定实物模型，辅以椎弓根钉棒系统固定，在力学试验机上对实物标本进行静力加载实验，获得载荷-位移曲线，用来验证所建立三维有限元模型有效性。利用Abaqus有限元分析软件对二段假体模型及钛网模型施加500N的预载荷和10Nm扭矩模拟脊柱正常生理活动，获得手术干预节段腰椎前屈、后伸、左右侧屈及左右旋转运动时的活动度，记录假体与椎体终接触面应力分布及假体应力、应变情况。 结果： 1、分别建立了外型逼真，复合实物几何尺寸的正常脊柱三维有限元模型、二段可调式解剖型修复系统三维有限元模型以及钛网假体植入后三维有限元模型，其中二段假体三维模型包括（412519）个节点、（1668026）个单元。 2、两种假体置换术后，脊柱固定节段在各种工况下活动度下降均＞70%，整体稳定性较好。 3、二段假体最大应力值30MPa，钛网则最大应力值为500Mpa，两者应变均为0.001。 4、假体与上下终板接触应力相近分别为13.2MPa、11.7MPa，未见终板破坏塌陷5、二段假体应力集中于底座与两端帽盖处，而钛网假体应力集中于缝隙连接处。 结论： 1、本此实验所建立脊柱缺损假体修复重建模型外观逼真，几何尺寸与实物相符，实物标本体外力学验证三维有限元模型有效，可以进行生物力学实验。 2、二段可调式解剖型修复假体重建系统与钛网重建系统均能满足重建需要，恢复术后即刻稳定性。 3、二段假体两端与上下椎体终接触面解剖贴合，能较好的分散应力，减少应力集中，促进骨界面整合，钛网假体与终板接触面积较小，应力较为集中，易出现应力遮挡，两者应变均于正常范围之内，未见明显屈服征象，能满足正常负重需要。
脊柱修复重建系统;有限元模型;植入假体;固定节段;腰椎活动度;应力应变
泰山医学院
硕士
外科学
刘铁龙
2017
中文
R318.17
2020-10-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）