L5新型自稳定人工椎体生物力学性能的有限元分析

目的:采用有限元分析评估L5椎体次全切术后置入新型自稳定人工椎体的力学性能以及对周围组织的影响,为腰骶段脊柱结核等疾病的治疗提供新的选择。方法:提取1名健康志愿者腰骶段CT薄层扫描数据进行三维重建,构建腰骶段(L3-S1)脊柱生理组有限元模型并进行有效性验证。将L5椎体及邻近椎间盘切除后,分别置入新型自稳定人工椎体和钛笼联合侧前方钉棒固定,构建新型假体组和钛笼组有限元模型。对所有模型的S1椎体下表面进行全部自由度约束,在L3椎体上表面给予400N的轴向载荷模拟生理压缩,然后再在L3椎体上表面施加8Nm的弯矩载荷,模拟腰椎前屈、背伸、左右侧弯及左右扭转六种运动,统计分析在不同运动方向上三组模型L4～S1的活动度及L4下终板和S1上终板的最大Von mise应力。结果:新型假体组和钛笼组L4～S1在前屈、背伸、侧弯、扭转方向上的活动度分别为0.38°～0.56°与0.53°～1.41°,较生理组(4.48°～10.12°)同部位活动动度明显减小。新型假体组和钛笼组L4下终板与S1上终板在前屈、背伸、左右侧弯、左右扭转方向上的最大Von Mises应力较生理组均明显增大,新型假体组在上述方向上终板的最大Von Mises应力较钛笼组明显减小。结论:自稳定人工椎体可以较好地重建手术部位的即刻稳定性,有效降低手术部位邻近终板的局部应力,理论上可以降低术后假体的下沉率,但其长期稳定性、抗疲劳性等力学性能尚需进一步研究。