國(guó)人應(yīng)用進(jìn)口人工頸椎間盤終板載荷變化差異的有限元研究.pdf

1、目的:人工頸椎間盤置換(totaldiscreplacement，TDR)經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展技術(shù)日趨成熟，但一直以來(lái)國(guó)內(nèi)應(yīng)用的人工頸椎間盤都是從歐美進(jìn)口，假體不斷的更新?lián)Q代，還沒有針對(duì)中國(guó)人群設(shè)計(jì)的人工間盤假體。臨床中發(fā)現(xiàn)中國(guó)人椎體橫徑相對(duì)較小、矢狀徑較大，在臨床選擇人工間盤假體時(shí)，出現(xiàn)了當(dāng)橫徑適合時(shí)矢狀徑過(guò)小、當(dāng)矢狀徑適合時(shí)橫徑過(guò)寬的矛盾。本實(shí)驗(yàn)意在驗(yàn)證有限元方法研究適合國(guó)人假體的可行性，通過(guò)建立頸椎人工間盤置換術(shù)后的三維有限元模型，對(duì)

2、術(shù)后模型進(jìn)行生物力學(xué)計(jì)算，按照人工間盤假體高度相同、橫徑相同、矢狀徑長(zhǎng)度不同的條件建立兩個(gè)有限元模型。將用進(jìn)口人工間盤假體與針對(duì)國(guó)人設(shè)計(jì)的矢狀徑拉長(zhǎng)2mm的兩個(gè)假體模型對(duì)比，分析兩種假體對(duì)臨近終板及下節(jié)段間盤垂直應(yīng)力差異。
　　 方法:選取一名43歲、身高175cm、體重75Kg成年男性頸椎間盤突出癥患者，病變節(jié)段為C5/6，查看患者X線及CT片未見退行性變，符合人工間盤置換手術(shù)指征，術(shù)后做頸椎密掃CT，掃描條件:層厚1mm、層

3、距0.4mm、自上而下螺旋掃描，掃描范圍C1-C7，掃描圖片共119張。各斷層圖像以512×512像素原始數(shù)據(jù)以DICOM格式進(jìn)行CD光盤刻錄保存。應(yīng)用Mimics10.1、GeomagicStudio11、ABAQUS軟件;將CT原始數(shù)據(jù)以DICOM文件格式輸入Mimics10.1軟件中建立初步模型，選擇建模所需數(shù)據(jù)，將所得三維模型數(shù)據(jù)以STL格式導(dǎo)入GeomagicStudio11劃分區(qū)域、優(yōu)化網(wǎng)格，在ABAQUS軟件中，通過(guò)三維成

4、像測(cè)量知道需要置換的假體橫徑14mm、矢狀徑16mm、高度6mm;進(jìn)口假體有（16mm/18mm/6mm）和（14mm/16mm/6mm）兩種可選型號(hào);為了避免醫(yī)源性壓迫，應(yīng)用測(cè)量的數(shù)據(jù)選擇（14mm/16mm/6mm）臨床現(xiàn)有進(jìn)口假體建立有限元模型1，將矢狀徑拉長(zhǎng)2mm建立針對(duì)本患者的有限元模型2，對(duì)不同材料賦予相對(duì)應(yīng)的力學(xué)材料特性，確定邊界、加載;預(yù)加載50N的力作為頭顱的重量，以C7為下邊界分別對(duì)兩個(gè)模型施加2N.M的力矩，加載于

5、C5椎體。
　　 結(jié)果:針對(duì)國(guó)人設(shè)計(jì)、矢狀徑較大的有限元模型2的C5下終板VonMises應(yīng)力較按照進(jìn)口間盤尺寸設(shè)計(jì)的有限元模型1明顯減小;C6上終板的VonMises應(yīng)力下降幅度也較明顯，而C6椎體與C6/7間盤VonMises應(yīng)力差異不明顯;VonMises應(yīng)力圖可見針對(duì)國(guó)人設(shè)計(jì)有限元模型2較進(jìn)口假體設(shè)計(jì)的有限元1的VonMises曲線低平。模型1（14mm/16mm/6mm）的假體與橫徑、高度相同但矢狀徑加長(zhǎng)2mm的模型2

6、對(duì)臨近終板及間盤的應(yīng)力增加、應(yīng)力分布相對(duì)集中，活動(dòng)角度未見明顯變小。而終板周邊區(qū)域是承受載荷與傳導(dǎo)力的主要部分，間盤前后徑過(guò)小加大了對(duì)下位椎板的應(yīng)力，導(dǎo)致假體下沉的機(jī)率增加，由此降低了假體使用年限，也影響了患者愈后。
　　 結(jié)論:1.在人工間盤假體高度、橫徑相同的條件下，針對(duì)中國(guó)人設(shè)計(jì)、矢狀徑長(zhǎng)的人工間盤比進(jìn)口人工間盤對(duì)上下終板的垂直應(yīng)力減小。
　　 2.三維有限元方法是一種有效、經(jīng)濟(jì)、適用的生物力學(xué)研究方法;是研究適合