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目的:设计一种新型脊柱内固定系统Z型横连;通过建立腰椎L3椎体骨折有限元模型,分析比较三种不同横连方式固定后脊柱活动度及应力变化,比较三种不同横连方式的生物力学差异,为临床应用Z型连接器提供生物力学依据。研究方法:选取一名正常青年男性的腰椎L1-L5节段为建模对象,建立腰椎有限元模型并验证模型有效性,模拟建立L3爆裂骨折模型。在有限元模型上模拟跨伤椎节段椎弓根螺钉固定,对三种不同的横连方式(水平双横连,X型横连和Z型横连)进行生物力学测试(模型模拟人体重力,其轴向压力为200N,瞬时作用力为10Nm):分别测量不同横连方式连接后,固定节段椎体在屈曲、背伸、侧弯和轴向旋转方向的运动范围(ROM),并测量椎体,钉棒系统及横连的Von mises应力峰值。结果:水平双横连,X型横连和Z型横连在前屈方向的活动度为3.7025°,3.6155°,3.397°;在背伸方向上的活动度为0.8965°,0.8965°,0.8306°;在侧弯方向的活动度为1.921°,1.8859°,1.7032°;在轴向旋转方向的活动度为2.084°,1.7878°和1.4965°。Z型横连在各个方向的稳定性要优于水平双横连和X型横连,尤其在横连最有意义的抗轴向旋转能力上,Z型横连较水平双横连稳定性提高28.1%,较X型横联提高16.3%。通过应力分布结果可以看出,Z型横连能够降低骨折椎体及其临近节段椎体在各种工况下的应力值,在前屈工况下,Z型横连能够使L2椎体的最大应力较水平双横连下降64.9%,较X型横连下降27.8%;在横连起主要作用的轴向旋转工况下,Z型横连能够使L2椎体的最大应力较水平双横连下降48.6%,较X型横连下降32.6%。结论:Z型横连能够增加脊柱内固定系统的稳定性,尤其在抗轴向旋转方面,能够为椎弓根钉棒内固定系统提供更强的支持。Z型横连也能够在一定程度上降低椎体的应力峰值,其中以前屈和轴向旋转时更为明显,从而可能会减少骨损伤发生的可能。