目的:应用有限元分析的方法,研究一种新型腰椎峡部裂修复装置的生物力学性能。方法:采集一例健康志愿者腰椎CT数据进行三维重建,构建并验证L3~S1脊柱节段的非线性有限元模型(A),在此基础上,分别建立L5峡部裂模型(B)、椎弓根螺钉U形棒固...目的:应用有限元分析的方法,研究一种新型腰椎峡部裂修复装置的生物力学性能。方法:采集一例健康志愿者腰椎CT数据进行三维重建,构建并验证L3~S1脊柱节段的非线性有限元模型(A),在此基础上,分别建立L5峡部裂模型(B)、椎弓根螺钉U形棒固定模型(C)、新型腰椎峡部裂修复装置固定模型(D)。将4种模型的S1椎体下表面的自由度进行约束,在L3椎体上表面分别施加500N的轴向压缩力和10N·m的力矩载荷来模拟腰椎前屈、后伸、左右侧弯及左右旋转6种运动状态,比较各有限元模型在不同运动状态下的腰椎活动度(range of motion,ROM)、L5棘突根部应力和峡部的轴向压力。结果:与相关文献数据比较,模型A在L4~L5,L5~S1节段的ROM与既往研究结果相近,证明本模型有效。在六种运动状态下,模型C和模型D的ROM比模型B分别下降了16.46%~55.98%、17.48%~40.65%;模型D的ROM比模型C平均大0.44°。相较于模型C,模型D在前屈、后伸、左右侧弯及左右旋转时,L5棘突的最大应力分别减少了12.71%、54.95%、58.46%、53.97%、46.91%及72.34%,有效降低棘突骨折的风险;腰椎峡部的轴向压力分别增加了236.51%、282.51%、216.98%、231.47%、294.03%及138.91%,可以更高效地促进骨折愈合。结论:新型腰椎峡部裂修复装置在保留腰椎活动度的同时,可以较好地重建腰椎峡部裂的即刻稳定性;相较于椎弓根螺钉U形棒固定装置,可以提供足够的力学稳定性,且降低棘突骨折的风险。展开更多
文摘目的:应用有限元分析的方法,研究一种新型腰椎峡部裂修复装置的生物力学性能。方法:采集一例健康志愿者腰椎CT数据进行三维重建,构建并验证L3~S1脊柱节段的非线性有限元模型(A),在此基础上,分别建立L5峡部裂模型(B)、椎弓根螺钉U形棒固定模型(C)、新型腰椎峡部裂修复装置固定模型(D)。将4种模型的S1椎体下表面的自由度进行约束,在L3椎体上表面分别施加500N的轴向压缩力和10N·m的力矩载荷来模拟腰椎前屈、后伸、左右侧弯及左右旋转6种运动状态,比较各有限元模型在不同运动状态下的腰椎活动度(range of motion,ROM)、L5棘突根部应力和峡部的轴向压力。结果:与相关文献数据比较,模型A在L4~L5,L5~S1节段的ROM与既往研究结果相近,证明本模型有效。在六种运动状态下,模型C和模型D的ROM比模型B分别下降了16.46%~55.98%、17.48%~40.65%;模型D的ROM比模型C平均大0.44°。相较于模型C,模型D在前屈、后伸、左右侧弯及左右旋转时,L5棘突的最大应力分别减少了12.71%、54.95%、58.46%、53.97%、46.91%及72.34%,有效降低棘突骨折的风险;腰椎峡部的轴向压力分别增加了236.51%、282.51%、216.98%、231.47%、294.03%及138.91%,可以更高效地促进骨折愈合。结论:新型腰椎峡部裂修复装置在保留腰椎活动度的同时,可以较好地重建腰椎峡部裂的即刻稳定性;相较于椎弓根螺钉U形棒固定装置,可以提供足够的力学稳定性,且降低棘突骨折的风险。
