随着社会老龄化程度的逐渐加重,骨质疏松症在老年群体中变得越来越普遍,尤其是绝经后女性。由于多种因素导致了骨流失和骨质疏松,因此增加了骨折的风险。针对这种类型的骨折一般选择置入内固定的方式加以固定,但由于骨质疏松人群的骨量丢失程度大,施加的内固定容易出现松动的风险,这个问题一直在临床中存在。因此,为了增强椎弓根螺钉的把持力,减少螺钉松动的风险等问题,在本课题中我们提出了一种基于三皮质骨的新型内固定方式。另外,为了解决尸体标本难获取,且在生物力学试验中不能重复利用的问题,在影像学数据CT的基础上,我们运用三维重建技术进行骨骼模型建构,并建立有限元模型,然后再结合有限元分析的方法,对这种新型的内固定方式的稳定性展开深入研究,验证了该新型内固定方式的在胸椎节段中应用的相关力学性能,根据实验结果分析了椎体、内固定系统的应力分布及模型的活动度(ROM)。并与传统的内固定方式和双皮质骨内固定方式进行比较,从而验证其在临床中的有效性,为临床的使用提供参考。本次论文中研究的主要工作包括:(1)根据本实验的需要,我们建立了四种有限元模型,分别是:(A)Intact模型:完整的骨质疏松胸段T7-T9节段模型;(B)UCPS模型:在Intact模型的基础上,采用传统的内固定方式加以固定;(C)BCPS模型:在Intact模型的基础上,采用双皮质骨的内固定方式;(D)在Intact模型的基础上,采用三皮质骨的内固定方式。(2)对有限元模型使用有限元软件进行了力学模拟实验。该实验过程按照胸椎解剖结构添加了相应的软组织,如韧带。然后分别对四个模型进行了面网格和体网格划分,并对相应的结构进行了材料属性的定义。通过一参考点将T7上表面耦合,并对该参考点施加向下的集中力150N来模拟人体上半身的自重及通过右手螺旋定则施加5Nm的扭矩力来模拟人的前屈、后伸、左右侧弯、左右轴向旋转等六个方向的生理活动状态。在力施加的全过程中,对T9下表面施加完全固定的边界条件。最后,通过模拟计算并与前人的文献中的模型验证结果进行对比,验证了其模型的准确性。从而进一步分析得到了模型的应力分布、运动位移和活动度ROM。(3)使用三维有限元的方法对完整的骨质疏松模型和施加了三种内固定方式的模型进行了力学模拟,并分别比较和分析了施加三种内固定方式模型的椎体受力、椎体位移的分布情况。除此之外还对三种内固定模型的内固定系统进行了受力大小分析,研究了六种生理活动过程中的内固定系统的受力位置。通过测量椎体活动度(ROM),验证了模型的有效性。并通过测量椎体活动度(ROM)对模型的稳定性进行了测量。将分析结果通过与完整的骨质疏松模型对比得出最后的结论。本次试验的有限元模型从建模到属性材料赋值均符合要求。另外,通过与前人研究中有限元模型的活动度进行比较,验证了其模型的有效性。通过对椎体应力的分析,在后伸和右侧弯生理活动下,受力主要集中在椎弓根和椎体中部部位,三皮质骨的内固定方式较传统的内固定在这两种生理状况下的应力分别减少了48.0%和42.3%。说明植入内固定能够增加椎体的受力情况,提升椎体的稳定性。通过内固定系统在后伸和右侧弯生理状态下的受力比较,TCPS模型在某些方面能够提高内固定的最大应力,从受力云图可以看出内固定的应力值集中的地方一般发生在螺钉的尾部或者椎弓根螺钉与钉棒的结合部位。因此在临床椎弓根螺钉的使用过程中,一定要特别注意螺钉尾部的受力,避免受力过大导致断裂,对于患者来讲,也因该减少大幅度的活动,减少内固定受力。比较椎体的最大位移和活动度(ROM),在相同的位置同种生理状态下,TCPS模型的最大位移均小于其它的内固定技术。并且与BCPS模型相比,TCPS在六种生理活动中前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、轴向左旋转及轴向右旋转中的最大位移分别为降低了15.0%、31.6%、4.0%、27.0%、36.0%和43.2%。对于活动度的分析,三种内固定模型的活动度ROM与完整模型的活动度ROM相比,在六种生理状态下施加内固定的ROM均出现明显降低。UCPS模型与其它两种模型相比,稳定性提高显著。