研究背景:随着电子计算机技术迅猛发展,有限元分析方法正在以惊人的速度,被应用到临床医学研究的各领域中。20世纪70年代,首次将有限元应用于骨科生物力学的研究,估计复杂形状的应力,负荷和物质性能。将有限元应用于骨科生物力学,是骨科生物力学发展的基本趋势,也推动着有限元的进一步发展。21世纪是脊柱外科微创技术迅猛发展的时代,但是相关的基础研究相对缺乏,采用有限元分析研究各种新技术非常必要。研究目的:建立人体腰椎有限元模型,并用有限元分析法分析腰3-4节段TLIF和PLIF手术对腰椎稳定性的影响。研究方法:选取来吉林大学中日联谊医院体检的一名30岁健康男性腰1椎体到骶骨完整的CT薄扫图片,并将DICOM格式原始图像数据导入MIMICS16.0软件,初步建立腰椎三维模型,在Geomagic Studio12.0、Pro/E 5.0进行后处理和装配,然后再模拟PLIF与TLIF手术操作并置入椎弓根螺钉及椎间融合器,完成三种三维模型的初步建立。最后导入ANSYS软件中进行进一步处理,建立三维有限元模型。模拟离体实验的载荷和边界条件下得到三种模型在六种运动状态下的运动度和上下终板、螺钉最大应力变化,分析比较腰椎正常模型、腰3-4节段PLIF和TLIF模型稳定性。研究结果:1与离体尸体研究相比,我们的腰椎正常有限元模型六种运动状态下的运动度均处在合理结果范围内,我们的模型合理性得以验证。2在载荷的六种状态下TLIF与PLIF模型L3-4的活动度比腰椎正常模型极大的减少了。PLIF模型后伸时活动度明显大于TLIF模型。但是,在各个运动状态下,TLIF模型和PLIF模型运动度相比无显著差异。3在TLIF与PLIF模型中各个运动状态下几乎都是L4上终板应力大于L3下终板应力。无论在腰4上终板还是腰3下终板,TLIF模型的最大应力总体来说小于PLIF模型。4 PLIF模型中的下位螺钉承受更大的应力,也承担着更大的折断的风险;PLIF模型在各个运动状态下的椎弓根螺钉最大应力都大于相应的TLIF模型最大应力;在TLIF模型中,任何运动状态下,无论上钉还是下钉,左侧螺钉的最大应力都大于相应的右侧螺钉。研究结论:1本研究结果表明TLIF模型和PLIF模型在六种运动状态下运动度无明显差异,可以达到相似的稳定性。2无论是在TLIF模型还是在PLIF模型中,在各个运动状态下均是L4上终板应力大于相应的L3下终板应力。融合器更易于沉降于上终板而不是下终板。3总体来说,切除了一侧关节突的TLIF手术相对于切除了后方结构的PLIF手术减少了在终板的应力,故TLIF手术融合器发生变性沉降的概率较PLIF小。4在TLIF模型中任何运动状态下,无论上钉还是下钉,左侧螺钉的最大应力都大于相应的右侧螺钉。PLIF模型在各个运动状态下的椎弓根螺钉最大应力都大于相应的TLIF模型最大应力。5椎板、棘突及后方韧带复合体等后部结构在腰椎稳定性方面起着比单侧关节突更重要的作用。