國人應用進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)過二十年的發(fā)展技術日趨成熟，但一直以來國內(nèi)應用的人工頸椎間盤都是從歐美進口，假體不斷的更新?lián)Q代，還沒有針對中國人群設計的人工間盤假體。臨床中發(fā)現(xiàn)中國人椎體橫徑相對較小、矢狀徑較大，在臨床選擇人工間盤假體時，出現(xiàn)了當橫徑適合時矢狀徑過小、當矢狀徑適合時橫徑過寬的矛盾。本實驗意在驗證有限元方法研究適合國人假體的可行性，通過建立頸椎人工間盤置換術后的三維有限元模型，對

2、術后模型進行生物力學計算，按照人工間盤假體高度相同、橫徑相同、矢狀徑長度不同的條件建立兩個有限元模型。將用進口人工間盤假體與針對國人設計的矢狀徑拉長2mm的兩個假體模型對比，分析兩種假體對臨近終板及下節(jié)段間盤垂直應力差異。
　　 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指征，術后做頸椎密掃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格式進行CD光盤刻錄保存。應用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格式導入GeomagicStudio11劃分區(qū)域、優(yōu)化網(wǎng)格，在ABAQUS軟件中，通過三維成

4、像測量知道需要置換的假體橫徑14mm、矢狀徑16mm、高度6mm;進口假體有（16mm/18mm/6mm）和（14mm/16mm/6mm）兩種可選型號;為了避免醫(yī)源性壓迫，應用測量的數(shù)據(jù)選擇（14mm/16mm/6mm）臨床現(xiàn)有進口假體建立有限元模型1，將矢狀徑拉長2mm建立針對本患者的有限元模型2，對不同材料賦予相對應的力學材料特性，確定邊界、加載;預加載50N的力作為頭顱的重量，以C7為下邊界分別對兩個模型施加2N.M的力矩，加載于

5、C5椎體。
　　 結(jié)果:針對國人設計、矢狀徑較大的有限元模型2的C5下終板VonMises應力較按照進口間盤尺寸設計的有限元模型1明顯減小;C6上終板的VonMises應力下降幅度也較明顯，而C6椎體與C6/7間盤VonMises應力差異不明顯;VonMises應力圖可見針對國人設計有限元模型2較進口假體設計的有限元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2mm的模型2

6、對臨近終板及間盤的應力增加、應力分布相對集中，活動角度未見明顯變小。而終板周邊區(qū)域是承受載荷與傳導力的主要部分，間盤前后徑過小加大了對下位椎板的應力，導致假體下沉的機率增加，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，針對中國人設計、矢狀徑長的人工間盤比進口人工間盤對上下終板的垂直應力減小。
　　 2.三維有限元方法是一種有效、經(jīng)濟、適用的生物力學研究方法;是研究適合