新型腰椎-椎弓根動(dòng)態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)的建模與有限元分析.pdf

1、目的：
　　1.建立有效的L4～L5三維有限元模型。
　　2.在已建立的腰椎三維有限元模型基礎(chǔ)上，模擬新型腰椎-椎弓根動(dòng)態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)置入術(shù)，運(yùn)用三維有限元法分析動(dòng)態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)的生物力學(xué)性能。
　　方法：在CT掃描的基礎(chǔ)上利用逆向工程軟件Mimics，Solidworks,PATRAN建立了正常人的腰椎（L4～L5）有限元模型，驗(yàn)證其有效性；然后在Solidworks下建立新型腰椎-椎弓根動(dòng)態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)的幾何模型，并對(duì)腰

2、椎模型模擬手術(shù)過程裝配新型腰椎-椎弓根動(dòng)態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)；將裝配新型腰椎-椎弓根動(dòng)態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)的腰椎幾何模型導(dǎo)入到PATRAN下，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立有限元網(wǎng)格模型，根據(jù)CT的灰度值和內(nèi)固定的材料屬性對(duì)模型進(jìn)行賦值導(dǎo)入PATRAN中得到最終有限元模型，對(duì)模型施加500N的軸向壓縮及15N·m力矩的預(yù)載荷，使模型產(chǎn)生前屈、后伸、側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在NASTRAN軟件下完成四種工況下新型腰椎-椎弓根動(dòng)態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)力分布及大小情況的計(jì)算及分析，

3、在Hyperview軟件下顯示有限元分析的結(jié)果；并計(jì)算四種工況下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角度及位移，與所建立的正常人腰椎有限元模型結(jié)果進(jìn)行比較分析，評(píng)價(jià)其生物力學(xué)性能。
　　結(jié)果:
　　1.建立了正常人的腰椎（L4～L5）三維有限元模型與文獻(xiàn)報(bào)道無差別，裝配新型腰椎-椎弓根動(dòng)態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)的腰椎三維有限元模型，其運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角度及位移與該正常人腰椎的結(jié)果有一定的差異。
　　2.在模擬受壓的不同的工況下，所研制的新型腰椎-椎弓根動(dòng)態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)的螺

4、釘及連接棒的應(yīng)力分布不同，連接棒應(yīng)力明顯高于螺釘，旋轉(zhuǎn)時(shí)釘棒應(yīng)力明顯要高于其他工況。四種工況下套筒均受到應(yīng)力，其中側(cè)彎時(shí)凹側(cè)套筒中央部應(yīng)力明顯高于凸側(cè)。
　　結(jié)論：
　　1.建立了正常人腰椎（L4～L5）有效三維有限元模型。
　　2.新型腰椎-椎弓根動(dòng)態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)具有一定的活動(dòng)范圍，連接棒能提供一定的支撐力，通過樹脂套筒可以分擔(dān)載荷，避免了連接棒的應(yīng)力疲勞，新型腰椎-椎弓根動(dòng)態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)具有較好的生物力學(xué)特性。