自固定式人工椎體的研制及生物力學(xué)分析.pdf

1、自固定式人工椎體是根據(jù)脊柱生理結(jié)構(gòu)和手術(shù)要求,提取脊柱各項數(shù)據(jù),經(jīng)CAD設(shè)計軟件處理,采用醫(yī)用鈦合金Ti6Al4V加工制成.三個套筒和兩個端蓋由螺紋連接,整體結(jié)構(gòu)上下對稱,內(nèi)部中空,長度可調(diào),中部彎曲一定角度以恢復(fù)脊柱生理曲線,端面設(shè)計和上下椎體截面輪廓基本吻合,邊套通過自攻螺紋旋入上下椎體約1.5cm,并經(jīng)2枚橫向鎖緊螺釘將骨和人工椎體牢固接合在一起.采用有限元方法分析研究人工椎體置換重建脊柱穩(wěn)定性的生物力學(xué)問題.建立有限元模型,運(yùn)用

2、有限元結(jié)構(gòu)分析方法對其模擬加載壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲載荷并求解,進(jìn)行檢驗、優(yōu)化和對比分析人工椎體改進(jìn)前后的應(yīng)力和應(yīng)變,確定其趨勢和大小及應(yīng)力集中區(qū)域,總結(jié)改進(jìn)和優(yōu)化方法,力求應(yīng)力均勻分布,增加系統(tǒng)穩(wěn)2定性,使達(dá)到最佳效果.結(jié)果證實(shí)端蓋、中套和鎖緊螺釘是承載和應(yīng)力集中的主要部位,通過增加人工椎體厚度,選用兩個螺釘固定或增大螺釘直徑的辦法,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度顯著增加.這為指導(dǎo)人工椎體的設(shè)計改進(jìn)和應(yīng)用提供理論依據(jù).將9具成人新鮮尸體的腰椎(L1~L5)隨機(jī)分

3、組,制成正常脊柱模型及人工椎體替換模型,進(jìn)行離體生物力學(xué)實(shí)驗,測量其生物力學(xué)性能,經(jīng)醫(yī)學(xué)統(tǒng)計分析,評價其穩(wěn)定性、屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度等生物力學(xué)特性.自固定式人工椎體置換模型同附加Dick釘固定的人工椎體置換模型相比在穩(wěn)定性實(shí)驗如壓縮、前屈、后伸、左右側(cè)彎及左右扭轉(zhuǎn)方面差別無顯著性;屈服強(qiáng)度實(shí)驗中,人工椎體承受的最大載荷大于脊柱生理活動所需最大載荷,能夠滿足脊柱的承載能力.疲勞強(qiáng)度實(shí)驗中,以正弦加載方式連續(xù)加載100萬次,經(jīng)拆卸發(fā)現(xiàn)本人工椎