腰椎病变融合器不同置入及固定方法生物力学研究

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随着社会劳动分工的不断细化,越来越多的人们需要长期保持同一动作工作,加上人口退休年龄后延,种种情况大大影响了腰椎的健康状态,腰痛患者的数量也在逐年增加,如腰椎间盘突出、腰椎滑脱、腰椎压缩性骨折等。腰椎融合术是脊柱外科手术中常用的一种技术,该技术阻止了腰椎疾病的进一步发展,同时可以暂缓的患者的疼痛感。采用椎间融合器联合内固定系统的椎间融合术已广泛应用于腰椎疾病的治疗,比较常见的方法是在椎间隙中植入融合器代替髓核,再将病变的相邻两椎体通过椎弓根螺钉进行固定,但是这种固定方法在术后容易出现融合器沉降、融合率低等风险,加入骨水泥在一定程度上可以让两个椎体融合的更加牢固,但骨水泥联合融合器与单纯融合器之间的生物力学研究比较的相关研究较少。本研究的目的是比较不同内固定方法的生物力学效果。本实验将使用专业的医学图像处理软件Mimics对CT断层扫描图像进行断层扫描,进行脊柱腰椎节段的三维重建,再对提取出的腰椎节段进行分割、降噪、平滑、铺面等处理,导入至NX三维软件中修复多边形网格,选择构造曲面片、格栅、拟合曲面等命令建立精确的L3-L5正常腰椎模型,最后以STP格式输出,在有限元软件ANSYS中对其进行网格划分和材料弹性模量赋值,使之基本与真实的腰椎模型相似,所建模型可以用于接下来的分析中。本课题主要利用Mimics 20.0、Ansys 17.0及NX 8.5软件,完成L3-L5正常模型、“支架/融合器-骨水泥组”和“单纯融合器/支架组”内固定术的三级模型,“支架/融合器-骨水泥组”和“单纯融合器/支架组”内固定术分别建立无内固定、单侧内固定、双侧内固定模型,通过Ansys软件结合人体实际情况施加边界条件以及载荷,模拟处于前屈、后伸、侧屈、旋转时腰椎的受力情况,观察其Von Mises值结果再进行分析。本实验根据不同的融合器建立以下几种模型:一是记忆合金支架组,单纯记忆合金支架、支架-骨水泥的无内固定、单侧内固定、双侧内固定;二是传统箱式融合器组,单纯融合器、融合器-骨水泥的无内固定、单侧内固定、双侧内固定,共12组模型。通过有限元建模和力学计算分析,对于不同脊柱载荷下不同内固定策略进行结果模拟,在优选出最合适的手术方案的同时还可以为临床研究提供一定参考,为腰椎疾病的治愈提供更灵活的选择。
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