腰椎鎳鈦合金經(jīng)椎弓根動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)的有限元分析.pdf

1、盡管腰椎非融合技術(shù)種類繁多，但還遠(yuǎn)未成熟，長(zhǎng)期療效仍得不到肯定。材料學(xué)的發(fā)展提供了新的思路。鎳鈦合金擁有獨(dú)特的性能，已在骨科領(lǐng)域有所應(yīng)用，但是將其應(yīng)用于脊柱非融合技術(shù)的報(bào)道甚少。如何將其優(yōu)良的力學(xué)特性發(fā)揮在非融合技術(shù)中是一個(gè)值得思考的問題。有報(bào)道稱釘棒滑動(dòng)不但能適當(dāng)?shù)南拗蒲?，而且能使腰椎的旋轉(zhuǎn)中心更接近生理狀態(tài)。因此，以鎳鈦合金為材料，以釘棒滑動(dòng)為理念的腰椎動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)具有一定的研究?jī)r(jià)值。
　　目的：
　　利用三維有限元方

2、法分析經(jīng)椎弓根固定的鎳鈦合金動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)對(duì)固定節(jié)段、鄰近節(jié)段腰椎間盤角位移、椎間盤及小關(guān)節(jié)應(yīng)力的影響。為鎳鈦合金動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)的可行性提供生物力學(xué)依據(jù)。
　　方法：
　　根據(jù)鎳鈦合金動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)的材料參數(shù)計(jì)算和構(gòu)建有限元模型，導(dǎo)入已通過驗(yàn)證的L2-S5腰骶椎模型，分別構(gòu)建L4-L5單節(jié)段和L3-L5雙節(jié)段動(dòng)態(tài)固定模型。單節(jié)段固定分為:A、L4-5釘棒常規(guī)固定;B、L5螺釘與連接棒常規(guī)固定，L4螺釘尾部與連接棒頭尾端滑動(dòng)。雙節(jié)段

3、固定分為:A、L3-5釘棒常規(guī)固定;B、L4、L5螺釘與連接棒常規(guī)固定，L3螺釘尾部與連接棒滑動(dòng);C、L5螺釘與連接棒常規(guī)固定，L3、L4螺釘尾部與連接棒滑動(dòng)。在項(xiàng)椎上施加400N軸向壓縮載荷，屈伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)方向的扭矩均為7.5Nm，分別記錄各工況下固定節(jié)段、鄰近節(jié)段腰椎間盤角位移和Mises應(yīng)力峰值以及小關(guān)節(jié)的應(yīng)力峰值。
　　結(jié)果：
　　1、L4-L5單節(jié)段動(dòng)態(tài)固定
　　方案A中，L4/5椎間盤角位移在前屈、后伸、

4、左側(cè)屈、右側(cè)屈、左旋、右旋下活動(dòng)度分別下降至正常的16.8％、39.5％、19.2％、20.8％、35.5％和43.6％;方案B中的對(duì)應(yīng)值分別是21.9％、66.3％、30.1％、31.9％、39.0％和45.4％。方案A中L4/5椎間盤和小關(guān)節(jié)Mises應(yīng)力峰值均小于方案B，尤其在后伸和側(cè)屈時(shí)，二種方案差別較大。鄰近節(jié)段L3/4、L5/S1椎間盤角位移、椎間盤及小關(guān)節(jié)的Mises應(yīng)力峰值在各方向活動(dòng)時(shí)都有不同程度增大;方案B的增大值均

5、小于方案A的對(duì)應(yīng)值。
　　2、L3-L5雙節(jié)段動(dòng)態(tài)固定
　　各方案L3/4、L4/5椎間盤角位移均不同程度降低。方案A中，L3/4椎間盤角位移在前屈、后伸、左側(cè)屈、右側(cè)屈、左旋、右旋下分別下降至正常的18.7％、50.3％、37.4％、34.8％、31.1％、27.0％;方案B分別下降至正常的31.2％、54.1％、56.5％、51.1％、34.3％、31.2％;方案C的值與方案B無顯著差異。方案A中，L4/5椎間盤的角位移

6、在前屈、后伸、左側(cè)屈、右側(cè)屈、左旋、右旋下降至正常的9.8％、48.2％、25.2％、25.0％、33.5％、40.8％;方案C中分別下降至正常的16.4％、66.3％、47.3％、48.1％、34.1％、42.2％;方案A的值與方案B無顯著差異。椎間盤及小關(guān)節(jié)的Mises應(yīng)力峰值也都相應(yīng)減小，變化趨勢(shì)與椎間盤角位移相似。各方案中，鄰近節(jié)段L2/3、L5/S1椎間盤角位移、椎間盤及小關(guān)節(jié)的Mises應(yīng)力峰值在各方向活動(dòng)時(shí)都有不同程度增大

7、。方案A中，L2/3節(jié)段各參數(shù)的增加值大于方案B、C的對(duì)應(yīng)值;方案B和方案C對(duì)L2/3節(jié)段的影響無顯著差異。方案C中，L5/S1節(jié)段各參數(shù)的增加值小于方案A、B的對(duì)應(yīng)值;方案A和方案B對(duì)L5/S1節(jié)段的影響無顯著差異。
　　結(jié)論：
　　1、鎳鈦合金動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)能夠有效限制固定節(jié)段的活動(dòng)度，減輕固定節(jié)段椎間盤和小關(guān)節(jié)的應(yīng)力。釘棒的滑動(dòng)不但增大了固定節(jié)段的活動(dòng)度，而且減輕了鄰近節(jié)段椎間盤和小關(guān)節(jié)的生物力學(xué)影響。
　　2、當(dāng)