腰椎后路椎间植骨融合内固定术后邻近节段椎间盘生物力学变化特点的有限元分析

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目的采用有限元建模分析方法,建立L3-5模型(正常模型)、L4-5全椎板减压,髓核摘除模型以及L4-5全椎板减压、椎间cage融合、弓根钉内固定模型三种三维有限元模型,模拟人体腰椎在进行前屈、后伸、左右侧弯、左右轴向旋转时,继而分析出三种模型的上位邻近节段应力变化,从力学角度比较三种模型上位邻近节段生物力学变化强度特点。方法通过采集一名正常成人的腰椎CT影像数据(DICOM格式),依次导入Mimics17.0 软件、Geomagic wrap2017 软件、UG 建模软件、Abaqus6.14 软件,建立L3-5模型(正常模型)、L4-5全椎板减压,髓核摘除模型以及L4-5全椎板减压、椎间cage融合、弓根钉内固定模型。比较三个模型在各个方向施加负荷模拟人体运动时L3-4椎间盘的最大膨出值与最大内陷值,以及L3-4椎间盘纤维环应力峰值。结果L4-5全椎板减压、椎间cage融合、弓根钉内固定模型与正常模型的L3-4椎间盘的最大膨出值与最大内陷值较L4-5全椎板减压,髓核摘除模型明显增大,且L4-5全椎板减压、椎间cage融合、弓根钉内固定模型较正常模型大,差异有统计学意义(P<0.05)。L4-5全椎板减压、椎间cage融合、弓根钉内固定模型与正常模型在左侧弯、右侧弯、左轴向旋转、轴向旋转时L3-4的纤维环应力峰值明显大于L4-5全椎板减压,髓核摘除模型,且L4-5全椎板减压、椎间cage融合、弓根钉内固定模型纤维环应力峰值明显大于正常模型,差异有统计学意义(P<0.05)。结论腰椎后路椎间植骨融合内固定术后可以引起邻近节段椎间盘发生生物力学改变也就是加重邻近节段椎间盘的退变。图14表4
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