骶骨螺钉固定技术有限元分析的研究

论文摘要

腰骶椎滑脱是骨科常见的疾病,经椎弓根置入螺钉内固定技术因其提供脊柱的前、中、后三柱固定,在目前的临床医疗中得到广泛应用,但由于骶骨结构特殊,局部毗邻结构复杂,其内主要为松质骨,骶骨螺钉的置入很难达到安全、可靠、理想的位置,并且骶骨螺钉的穿入会导致骶骨前面的血管神经损伤,因此掌握骶骨的形态、周围结构、螺钉的正确置入方法以及骨密度对螺钉稳固性的影响具有十分重要的意义。针对这一课题的现状和问题,本文从骶骨螺钉固定技术的生物力学研究、医学CT图像可视化技术和有限元分析等方面入手,对其内在机理、受力结构进行了初步的研究。本文利用有限元方法对当前临床应用最为广泛的三种骶骨螺钉固定技术,前内骶岬法、前外骶翼法、垂直骶翼法进行了三个方面的研究:(1)根据人站立时骶骨的受力状态,进行数值模拟,测定不同置钉方式、界面不同接触状态下螺钉与骶骨应力分布,比较置钉后与未置钉时骶骨上终板位移量的大小,获得更有利于腰骶融合手术疗效的骶骨螺钉固定方式;(2)轴向拔出实验模拟,比较三种骶骨螺钉固定方式的抗拔出力大小,寻求较好的固定方法,以防止螺钉松动,达到最佳的手术效果;(3)在前两个方面分析的基础上,对同一方式的单、双皮质固定的固定强度作了相应的研究,探讨了其固定效果的差距,发现双皮质固定的强度远大于单皮质固定。通过以上数值分析,得出以下结论:钉—骨界面的接触性质对内固定系统的生物力学性能、机械性能有一定的影响。骶骨螺钉前内骶岬法、前外骶翼法、垂直骶翼法,其力学优越性逐渐减小。前内骶岬法固定最坚固,骶骨上终板向下位移量最小,抗拔出力最大,前外骶翼法次之,垂直骶翼法最弱。对于同一置钉方向,双皮质的螺钉固定强度显著大于相应的单皮质固定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 椎弓根螺钉固定技术的发展与研究现状
• 1.2 本文的研究意义
• 1.3 本文的研究内容及结构安排
• 第二章 骶骨螺钉固定技术的研究
• 2.1 引言
• 2.2 骶骨置钉的应用解剖
• 2.2.1 骶骨的骨性解剖
• 2.2.2 骶骨周围的毗邻结构
• 2.2.3 骶骨置钉的安全区域
• 2.3 骶骨螺钉的置入技术
• 2.4 影响骶骨螺钉固定强度的因素
• 2.5 有限元方法在脊柱生物力学领域的应用
• 2.5.1 有限元的相关概念及原理
• 2.5.2 有限元法的应用
• 2.6 小结
• 第三章 医学CT图像三维可视化技术的研究
• 3.1 引言
• 3.2 医用CT成像原理及DICOM医学图像标准
• 3.2.1 X-CT基础知识
• 3.2.2 DICOM医学图像标准
• 3.3 CT图像的后处理技术
• 3.4 医学图像的三维可视化
• 3.5 本章小结
• 第四章 骶骨置钉分析中的关键技术
• 4.1 引言
• 4.2 模型的建立
• 4.2.1 螺旋CT扫描
• 4.2.2 骶骨三维模型的建立
• 4.3 有限元分析中关键技术的处理
• 4.3.1 几何模型的设定
• 4.3.2 网格密度的影响
• 4.3.3 材料特性的设置
• 4.3.4 接触问题的处理
• 4.4 本章小结
• 第五章 三种骶骨置钉方式的有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 固定状态的分析
• 5.2.1 骶骨置钉模型
• 5.2.2 分析结果与讨论
• 5.3 轴向拔出的分析
• 5.3.1 模型
• 5.3.2 分析结果与讨论
• 5.4 单、双皮质固定的分析
• 5.4.1 单、双皮质固定模型
• 5.4.2 固定状态的分析
• 5.4.3 轴向拔出的分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表