腰骶椎带锁轴向融合内固定器的有限元分析

背景:为提高椎间融合的腰骶椎稳定性及融合率,作者结合国人腰骶椎研制了一种腰骶椎经皮带锁轴向融合器。目的:建立有效的腰骶椎带锁轴向融合固定三维有限元模型,分析不同载荷下螺钉应力分布,为其提供需要改进的目标和评价指标。方法:利用逆向工程软件Mimics、Geomagic建立正常成人腰骶椎有限元模型,模拟手术过程将腰骶椎带锁轴向融合器装配到有效的腰骶椎模型中,对其进行网格模型划分,建立起装配有带锁轴向融合器的腰骶椎有限元网格模型,根据腰骶椎和内固定的材料属性,对模型进行赋值,导入Solid works 2011中得到最终有限元模型。对模型施加生理及极限载荷,进行前屈、后伸、侧弯、旋转载荷运动,在Hypermesh软件完成带锁轴向融合器内部应力分布,评价其生物力学性能。结果与结论:在垂直压缩+前屈+左旋工况极限载荷下,骶椎带锁轴向融合器所承受的压强最大,为1 500.08 MPa,应力集中点为带锁轴向内固定融合器植骨孔左右两侧;其次为垂直压缩+前屈+右旋极限载荷下,带锁轴向融合器所承受的最大压强为1 318.00 MPa,应力集中点为带锁轴向内固定融合器植骨孔左右两侧,植骨孔上下两侧压强较小。在生理载荷下,内固定器能够提供足够的强度,保证稳定性和提高植骨融合率;在垂直压缩+前屈+旋转工况极限载荷下,内固定器承受的最大应力超过螺钉屈服强度,应改进工艺及加强植骨孔薄弱环节,术后早期卧床、佩戴支具,避免过伸、过屈或扭转等高强度运动。