腰椎骨折脱位椎弓根螺钉系统固定法的三维有限元分析研究

论文摘要

目的：1．掌握利用螺旋CT扫描影像建立腰椎椎弓根螺钉内固定系统的三维有限元模型的方法。2．为腰椎椎弓根螺钉内固定系统的生物力学实验提供三维有限元模型，在此基础上分析不同固定方式在同一载荷下螺钉、连接棒的应力分布。3．为腰椎骨折内固定术式的选择提供参考。方法：1．图像资料：选择1名志愿者，采用东芝Aquilion ONE320排螺旋CT对其腰椎进行连续水平扫描，图像处理及保存在CT-V工作站中。2.建模：CT扫描所得的数据转入计算机，借助mimicsl0进行三维重建，建立腰椎的几何模型，模拟L2腰椎骨折几何模型。利用Abaqus10、Solidworks软件完成腰椎、椎弓根螺钉系统有限元模型的建立。模拟L1和L3、L1和L2和L3、L1和L3和L4椎体椎弓根螺钉内固定有限元模型，导入Abaqus10软件进行加载分析。3．加载与计算：在L1表面施加轴线压力并在此基础上施加向前、向后、侧向、轴向10Nm的弯矩模拟人体站立、前屈、后伸、侧弯，扭转动作。结果定性观察：采用应力分布图显示；计算螺钉和棒的平均Von Mises应力并将以上各值进行统计学分析。结果：1.本实验利用Mimics、Solidworks和有限元软件Abaqus成功进行正常腰段脊柱三维模型的建立。2.从各模型的腰椎活动度比较来看相对于正常模型各手术模型的活动度均有不同程度的下降，其中L1和L3和L4固定模型的活动度下降最为明显，另外两种手术方案腰椎活动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、侧弯、前屈这三个工况中螺钉应力没有显著性差异，但是在后伸和扭转工况在这两个工况下模型螺钉应力具有显著性差异。L1和L2和L3固定模型、L1和L3固定模型，这两个模型在各个工况下具有螺钉上的应力均有显著性差异。L1和L3和L4固定模型、L1和L3固定模型，只有后伸状态下螺钉应力有显著性差异。4.从各手术方案螺钉的平均值和方差的比较来看，在各个工况下平均应力都是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。结论：1.采用320排螺旋CT扫描图像、利用Mimics、Solidworks和有限元软件Abaqus建立腰椎有限元模型的方法，具有方便、准确等优点，同时该方法对实验材料量要求较少，实验可重复性高，最大程度的节约了实验资源。2.本实验的各个腰椎内固定模型活动度均低于正常，L1和L3和L4固定这种手术方案对腰椎节段的活动度限制最为严重。3. L1和L2和L3固定模型的螺钉受力最小，在分散应力方面最优秀。L1和L3固定模型平均应力几乎达到了L1和L2和L3固定模型的一倍，应力值波动也较大，说明了螺钉上的应力集中情况严重。

论文目录

• 中英文缩略词对照表
• 摘要
• Abstract
• 前言
• 材料与方法
• 材料与设备
• 方法
• 实验结果
• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 综述
• 参考文献