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目的:(1)建立正常脊柱胸腰椎(T12-L2)、伤椎次全切除圆形融合器重建及伤椎后1/3切除矩形闸门式融合器重建三种三维有限元模型。(2)对比既往胸腰椎三维有限元及体外生物力学研究验证本实验有限元模型的有效性。(3)使用三维有限元分析方法对比分析前路传统次全切除圆形融合器重建及伤椎后1/3切除矩形融合器重建治疗胸腰椎爆裂骨折术后早期的稳定性、终板界面应力及内植物应力分布情况。方法:(1)选取健康成年男性志愿者1名,通过体检排除脊柱相关疾病。使用螺旋CT扫描胸腰椎T12-L2节段,获得DICOM格式文件;通过Mimics 17.0及逆向工程软件Geomagic Studio13.0进行三维重建,获得IGES文件;导入ANSYS软件进一步完善椎间盘、韧带等结构,建立正常T12-L2节段有限元模型。(2)在正常胸腰椎有限元模型基础上,模拟行胸腰椎前路减压内固定术,分别建立伤椎次全切除圆形融合器重建三维有限元模型及伤椎后1/3切除矩形融合器重建三维有限元模型。(3)在ANSYS软件中,约束L2椎体下表面及下关节突;对T12上方施加500N预载荷,其中T12椎体上表面为400N,上关节突为100N;运动附加力矩为7.5N/m,使其产生前屈、背伸、左右侧弯、左右旋转及轴向压缩运动,验证三维有限元模型的有效性,并比较分析各工况下两种术后模型稳定性、邻近终板应力及内植物应力情况。结果:(1)建立的人体正常脊柱胸腰段(T12-L2)三维有限元模型,模型活动度与既往研究相似,说明本研究三维有限元模型建立方法准确可靠,模型可用于进一步分析研究。(2)伤椎次全切除圆形融合器重建三维有限元模型与伤椎后1/3切除矩形融合器重建三维有限元模型比较,两种模型稳定性相当,两种融合器重建后均可维持脊柱稳定性;伤椎次全切除圆形融合器重建三维有限元模型各工况下内植物及终板面应力峰值均高于伤椎后1/3切除矩形融合器重建三维有限元模型。结论:(1)本研究采用Mimics、Geomagic Studio、ANSYS等软件可快速建立人体脊柱胸腰段(T12-L2)三维有限元模型。有效性验证说明该模型可以用于生物力学进一步模拟分析;(2)伤椎后1/3切除矩形融合器重建对维持脊柱稳定性与伤椎次全切除圆形融合器效果相当;(3)使用新型矩形融合器重建后,椎体邻近终板面及内植物应力峰值均下降,是一种较好的融合装置。