目的:通过有限元方法研究自研腰椎动态椎弓根钉(SDPS)对脊柱的稳定性和椎间盘载荷的影响及其内部应力分布、螺钉位移等,与普通腰椎融合系统、Dynesys系统进行对比,明确该系统是否具有优良的动态固定、载荷分享效果和足够的固定强度,为设计可预防相邻节段退变的固定器械提供实验数据。方法:1、建立正常的腰1-腰4三维有限元模型。采用螺旋CT对一位健康志愿者的腰椎进行扫描,所得图像数据导入Mimics19.0软件中,建立腰椎(L1—L4)三维模型。然后将重建的三维模型导入3-Matic软件,进行减少三角片处理等优化处理,再导入Geomagic studio21.0、Hypermesh14.0软件中进行有限元前处理。最后导入Abaqus6.12软件中建立三维有限元模型,并对其进行有效性验证。2、建立普通腰椎融合系统术后三维有限元模型、Dynesys系统术后三维有限元模型、SDPS植入腰椎三维有限元模型,并对其进行不同工况下的有限元分析。首先运用UG10.0软件绘画出这3个腰椎内固定系统,导入Mimics19.0软件中,与已建立的腰椎三维模型进行组装,最后导入Abaqus6.12软件中对钉棒等材料赋值,设置边界条件并进行载荷加载。计算出各模型在前屈、后伸、侧弯、旋转工况下固定节段(L2-L3)和下临近节段(L3-L4)的椎间活动度、椎间盘应力、小关节应力、内固定装置所受应力、螺钉位移,并进行相互比较分析。结果:1、建立了正常腰椎(L1-L4)三维有限元模型、普通腰椎融合系统术后三维有限元模型、Dynesys系统术后三维有限元模型和SDPS植入腰椎三维有限元模型。2、在前屈和后伸时的工况下,普通腰椎融合系统术后固定节段活动度分别是正常腰椎完整状态下的约23%和约26%,Dynesys系统术后固定节段动度分别是正常腰椎完整状态下的约61%和约57%,SDPS术后固定节段的活动度分别是正常腰椎完整状态下的约73%和约45%;普通腰椎融合系统术后下临近节段活动度分别是正常腰椎完整状态下的约118%和约120%;Dynesys系统术后下临近节段的活动度分别是正常腰椎完整状态下的约108%和约111%;SDPS系统术后下临近节段活动度分别是正常腰椎完整状态下的约104%和约112%。3、普通腰椎融合系统术后下临近节段椎间盘应力峰值在各种工况下最大。SDPS与Dynesys系统相比,在前屈时下临近节段椎间盘应力峰值更小,后伸时更大。4、各腰椎内固定系统固定后下临近节段的关节突关节在后伸时最大应力值比较:普通融合>SDPS>Dynesys。5、各腰椎内固定系统在前屈、后伸、侧弯、旋转工况下内部最大应力值比较:普通融合>SDPS>Dynesys。6、各腰椎内固定系统在前屈、后伸、侧弯、旋转工况下螺钉最大位移比较:Dynesys>普通融合>SDPS。结论:自研腰椎动态椎弓根钉在前屈时对固定节段有着良好的的动态固定作用,并对临近节段活动、椎间盘影响较小。另外,自研腰椎动态椎弓根钉的螺钉固定强度较好,但其疲劳性能可能一般。所得出的实验数据可为设计预防相邻节段退变的固定器械提供参考。