论文部分内容阅读
【研究背景】尽管腰椎非融合技术种类繁多,但还远未成熟,长期疗效仍得不到肯定。材料学的发展提供了新的思路。镍钛合金拥有独特的性能,已在骨科领域有所应用,但是将其应用于脊柱非融合技术的报道甚少。如何将其优良的力学特性发挥在非融合技术中是一个值得思考的问题。有报道称钉棒滑动不但能适当的限制腰椎,而且能使腰椎的旋转中心更接近生理状态。因此,以镍钛合金为材料,以钉棒滑动为理念的腰椎动态稳定系统具有一定的研究价值。【研究目的】利用三维有限元方法分析经椎弓根固定的镍钛合金动态稳定系统对固定节段、邻近节段腰椎间盘角位移、椎间盘及小关节应力的影响。为镍钛合金动态稳定系统的可行性提供生物力学依据。【研究方法】根据镍钛合金动态稳定系统的材料参数计算和构建有限元模型,导入已通过验证的L2-S5腰骶椎模型,分别构建L4-L5单节段和L3-L5双节段动态固定模型。单节段固定分为:A、L4-5钉棒常规固定;B、L5螺钉与连接棒常规固定,L4螺钉尾部与连接棒头尾端滑动。双节段固定分为:A、L3-5钉棒常规固定;B、L4、L5螺钉与连接棒常规固定,L3螺钉尾部与连接棒滑动;C、L5螺钉与连接棒常规固定,L3、L4螺钉尾部与连接棒滑动。在顶椎上施加400N轴向压缩载荷,屈伸、侧屈、旋转方向的扭矩均为7.5Nm,分别记录各工况下固定节段、邻近节段腰椎间盘角位移和Mises应力峰值以及小关节的应力峰值。【研究结果】1、L4-L5单节段动态固定方案A中,L4/5椎间盘角位移在前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋、右旋下活动度分别下降至正常的16.8%、39.5%、19.2%、20.8%、35.5%和43.6%;方案B中的对应值分别是21.9%、66.3%、30.1%、31.9%、39.0%和45.4%。方案A中L4/5椎间盘和小关节Mises应力峰值均小于方案B,尤其在后伸和侧屈时,二种方案差别较大。邻近节段L3/4、L5/S1椎间盘角位移、椎间盘及小关节的Mises应力峰值在各方向活动时都有不同程度增大;方案B的增大值均小于方案A的对应值。2、L3-L5双节段动态固定各方案L3/4、L4/5椎间盘角位移均不同程度降低。方案A中,L3/4椎间盘角位移在前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋、右旋下分别下降至正常的18.7%、50.3%、37.4%、34.8%、31.1%、27.0%;方案B分别下降至正常的31.2%、54.1%、56.5%、51.1%、34.3%、31.2%;方案C的值与方案B无显著差异。方案A中,L4/5椎间盘的角位移在前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋、右旋下降至正常的9.8%、48.2%、25.2%、25.0%、33.5%、40.8%;方案C中分别下降至正常的16.4%、66.3%、47.3%、48.1%、34.1%、42.2%;方案A的值与方案B无显著差异。椎间盘及小关节的Mises应力峰值也都相应减小,变化趋势与椎间盘角位移相似。各方案中,邻近节段L2/3、L5/S1椎间盘角位移、椎间盘及小关节的Mises应力峰值在各方向活动时都有不同程度增大。方案A中,L2/3节段各参数的增加值大于方案B、C的对应值;方案B和方案C对L2/3节段的影响无显著差异。方案C中,L5/S1节段各参数的增加值小于方案A、B的对应值;方案A和方案B对L5/S1节段的影响无显著差异。【研究结论】1、镍钛合金动态稳定系统能够有效限制固定节段的活动度,减轻固定节段椎间盘和小关节的应力。钉棒的滑动不但增大了固定节段的活动度,而且减轻了邻近节段椎间盘和小关节的生物力学影响。2、当腰椎进行双节段的镍钛合金动态固定时,L3-4单节钉棒滑动和L3-5双节钉棒滑动对L2/3、L3/4节段的影响无明显差异。当钉棒无滑动时,L4-5单节固定和L3-5双节固定对L5/S1节段的影响无显著差异。