侧前方入路椎间融合术伴不同内固定方式生物力学性能的三维有限元分析

来源 :河北医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dfjixie2010
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目的:应用三维有限元法明确在正常和骨质疏松性脊柱中,侧前方入路腰椎融合术(Oblique lumbar interbody fusion,OLIF)伴不同内固定方式的生物力学性能。方法:基于健康的成年男性志愿者腰椎椎体CT图像,应用相关软件建立L1-S1正常和骨质疏松有限元模型。A组为正常模型,B组为骨质疏松模型。每组模型包括四种状态:a.完整;b.单纯cage融合(stand-alone cage,Cage);c.侧板固定+cage融合(cage with lateral plate and two lateral screws,LP);d.双侧椎弓根螺钉固定+cage融合(cage with bilateral pedicle screws and rods,BPSR)。将L3-L4水平定义为手术节段。将正常完整模型进行有效性验证后,选择在各有限元模型L2的上表面施加400N的压缩载荷和10Nm的扭转力矩,以模拟人体前屈,后伸,左侧弯(left bending,LB),右侧弯(right bending,RB),左旋转(left rotation,LR)和右旋转(right rotation,RR)运动。分析各模型手术节段的节段活动度(range of motion,ROM),cage应力,上终板应力,内固定物应力和应力分布。结果:1.与完整有限元模型相比,单纯cage融合模型的ROM值最大(A组为完整模型的82.30-98.81%,B组为完整模型的92.04-97.29%)。BPSR模型ROM值最小(A组为完整模型的43.94-61.13%,B组为完整模型的45.61-62.27%)。LP固定的ROM介于单纯cage融合和BPSR之间(A组为完整模型的63.25-79.72%,B组为完整模型的70-87.15%)。2.单纯cage融合模型的cage应力和终板应力最大,添加LP或BPSR固定后,cage应力和终板应力均减小,但BPSR固定时cage应力和终板应力值最小:A组中BRSP固定时cage应力较单纯cage融合至少降低了75.73%,B组至少降低了80.10%;A组中BPSR固定时终板应力较单纯cage融合至少降低了75.98%,B组至少降低了78.06%。3.两组中LP和BPSR在各运动状态下所受应力远远低于钛合金材料的屈服应力。4.两组组间相比,应用相同内固定方式时,A组的ROM,cage应力,终板应力及内固定物应力均小于B组。结论:1.无论是正常还是骨质疏松性脊柱,OLIF联合BPSR固定具有最好的生物力学稳定性。2.内固定方式相同时,正常脊柱的生物力学性能优于骨质疏松性脊柱。
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