腰椎骨折脫位椎弓根螺釘系統(tǒng)固定法的三維有限元分析研究.pdf

1、目的：
　　1．掌握利用螺旋CT掃描影像建立腰椎椎弓根螺釘內(nèi)固定系統(tǒng)的三維有限元模型的方法。
　　2．為腰椎椎弓根螺釘內(nèi)固定系統(tǒng)的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)提供三維有限元模型，在此基礎(chǔ)上分析不同固定方式在同一載荷下螺釘、連接棒的應(yīng)力分布。
　　3．為腰椎骨折內(nèi)固定術(shù)式的選擇提供參考。
　　方法：
　　1.圖像資料：選擇1名志愿者，采用東芝Aquilion ONE320排螺旋CT對(duì)其腰椎進(jìn)行連續(xù)水平掃描，圖像處理及保存在C

2、T-V工作站中。
　　2.建模：CT掃描所得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入計(jì)算機(jī)，借助mimicsl0進(jìn)行三維重建，建立腰椎的幾何模型，模擬L2腰椎骨折幾何模型。利用Abaqus10、Solidworks軟件完成腰椎、椎弓根螺釘系統(tǒng)有限元模型的建立。模擬L1和L3、L1和L2和L3、L1和L3和L4椎體椎弓根螺釘內(nèi)固定有限元模型，導(dǎo)入Abaqus10軟件進(jìn)行加載分析。
　　3.加載與計(jì)算：在L1表面施加軸線壓力并在此基礎(chǔ)上施加向前、向后、側(cè)向、

3、軸向10Nm的彎矩模擬人體站立、前屈、后伸、側(cè)彎，扭轉(zhuǎn)動(dòng)作。結(jié)果定性觀察：采用應(yīng)力分布圖顯示；計(jì)算螺釘和棒的平均Von Mises應(yīng)力并將以上各值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
　　結(jié)果：
　　1.本實(shí)驗(yàn)利用Mimics、Solidworks和有限元軟件Abaqus成功進(jìn)行正常腰段脊柱三維模型的建立。
　　2.從各模型的腰椎活動(dòng)度比較來(lái)看相對(duì)于正常模型各手術(shù)模型的活動(dòng)度均有不同程度的下降，其中L1和L3和L4固定模型的活動(dòng)度下降最為

4、明顯，另外兩種手術(shù)方案腰椎活動(dòng)度下降的水平基本持平。
　　3.L1和L2和L3固定模型、L1和L3和L4固定模型在站立、側(cè)彎、前屈這三個(gè)工況中螺釘應(yīng)力沒(méi)有顯著性差異，但是在后伸和扭轉(zhuǎn)工況在這兩個(gè)工況下模型螺釘應(yīng)力具有顯著性差異。L1和L2和L3固定模型、L1和L3固定模型，這兩個(gè)模型在各個(gè)工況下具有螺釘上的應(yīng)力均有顯著性差異。L1和L3和L4固定模型、L1和L3固定模型，只有后伸狀態(tài)下螺釘應(yīng)力有顯著性差異。
　　4.從各手術(shù)

5、方案螺釘?shù)钠骄岛头讲畹谋容^來(lái)看，在各個(gè)工況下平均應(yīng)力都是L1和L3固定模型最大，L1和L3和L4固定模型次之，L1和L2和L3固定模型最小。
　　結(jié)論：
　　1.采用320排螺旋CT掃描圖像、利用Mimics、Solidworks和有限元軟件Abaqus建立腰椎有限元模型的方法，具有方便、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)該方法對(duì)實(shí)驗(yàn)材料量要求較少，實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性高，最大程度的節(jié)約了實(shí)驗(yàn)資源。
　　2.本實(shí)驗(yàn)的各個(gè)腰椎內(nèi)固定模型活動(dòng)度均