聚醚醚酮-羥基磷灰石-碳纖維復(fù)合材料的生物力學(xué)分析.pdf

1、背景
　　 在我過頸椎病的發(fā)病率高達(dá)7-10%,有研究發(fā)現(xiàn)50歲以上的人群中有97%出現(xiàn)頸椎退行性變。非手術(shù)治療在促進(jìn)頸椎恢復(fù)正常的生物力學(xué)上作用甚微,隨著病情的發(fā)展,絕大多數(shù)需要手術(shù)治療。各種不同材料制成的骨科植入物,已經(jīng)在臨床中廣泛應(yīng)用。但用于制造骨科植入物的一些傳統(tǒng)材料如鈷鉻合金、鈦、不銹鋼等的彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于骨的彈性模型,容易出現(xiàn)應(yīng)力遮擋。聚醚醚酮作為新興的骨生物材料,以彈性模量與皮質(zhì)骨接近,生物相容性好,放射線透過等優(yōu)

2、點(diǎn),逐漸應(yīng)用到臨床,目前應(yīng)用較多的是人工椎間盤和椎間融合器。頸椎前路減壓植骨融合術(shù)(ACDF)已廣泛應(yīng)用于頸椎病患者的手術(shù)治療,該術(shù)式在解除脊髓和神經(jīng)根受壓癥狀方面具有持久、穩(wěn)定的療效,已成為治療頸椎病的“金標(biāo)準(zhǔn)”。但融合可能導(dǎo)致相鄰節(jié)段代償性應(yīng)力增加而出現(xiàn)退變加速、甚至可能引發(fā)新的癥狀。人工椎間盤植入的目的是替代病變的椎間盤,保留節(jié)段運(yùn)動(dòng)和減少相鄰節(jié)段繼發(fā)性退變,早期的臨床觀察表明人工椎間盤置換獲得了滿意的效果。有限元分析可對(duì)形態(tài)、結(jié)

3、構(gòu)、材料和載荷情況及復(fù)雜的構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變分析,具有力學(xué)性能測試全面,可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn),目前廣泛應(yīng)用于脊柱復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)研究中,隨著計(jì)算機(jī)及軟件的發(fā)展,有限元分析法將發(fā)揮更大潛力。
　　 目的
　　 比較聚醚醚酮/羥基磷灰石/碳纖維復(fù)合材料(75PEEK/10HA/15CF)與鈦合金的生物力學(xué),頸椎人工間盤置換術(shù)與前路減壓融合術(shù)后植入節(jié)段的活動(dòng)度,臨近椎體、椎間盤的應(yīng)力改變。
　　 方法
　　 選取一

4、名健康志愿者,男,29歲,無頸椎病史。行頸椎CT掃描,并以DICOM格式保存。利用利用simpleware軟件重建C4-C6的幾何模型,劃分網(wǎng)格平滑處理后導(dǎo)入ansys軟件中建立有限元模型并驗(yàn)證。利用Auto-CAD軟件建立人工椎間盤和椎間融合器模型,導(dǎo)入ansys軟件中,模擬手術(shù)分別建立人工椎間盤置換和頸椎前路植骨融合實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。在C4上表面給予40N和1.8N.M的力和力矩,分析實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谇扒⒑笊?、?cè)彎和旋轉(zhuǎn)時(shí)臨近椎體、椎間盤的應(yīng)力

5、變化和C5-C6節(jié)段的活動(dòng)度及人工間盤和融合器上的應(yīng)力分布。
　　 結(jié)果
　　 融合后,C5椎體及C4-C5間盤應(yīng)力明顯增大,C5-C6活動(dòng)度喪失65%-80%。人工間盤植入后,臨近椎體及間盤應(yīng)力變化幅度很小,不到10%,C5-C6活動(dòng)度在正常范圍內(nèi)。鈦合金植入物的應(yīng)力最大為75PEEK/10HA/15CF的4.5倍,并出現(xiàn)應(yīng)力集中。
　　 結(jié)論
　　 1.建立的C4-C6有限元模型生物力學(xué)與文獻(xiàn)報(bào)道相似