本文基于CT圖像數據結合圖像處理軟件建立人體腰椎L4~5節段有限元模型,進行前屈、后伸、側彎和軸向旋轉工況下的生物力學特性分析。首先,選擇一名正常志愿者腰椎L4~5節段的CT圖像數據建立三維模型,模型包括椎體、椎間盤、軟骨終板、連接韌帶和小關節突關節等部分,在前屈、后伸、側彎和軸向旋轉工況加載下進行生物力學性能的分析。結果表明,建立的腰椎模型幾何形態逼真且驗證有效,在500、1 000、1 500和2 000 N分布壓力下,腰椎L4~5有限元模型的軸向位移分別為0.23、0.47、0.76、1.02 mm,與前人在相同條件下離體實驗和有限元分析的研究相近,幾種情況下腰椎整體及椎間盤的應力分布符合腰椎的生物力學特性。因此,本文所建立的腰椎L4~5節段有限元模型能有效地模擬腰椎的生物力學特性,為后續腰椎植入物的生物力學性能研究奠定良好的基礎。
本文基于經椎間孔腰椎椎間融合(TLIF)治療腰椎滑脫的術式模型, 采用有限元方法探討腰椎融合術內植物固定系統中融合器和椎弓根釘在不同組合下表現出的生物力學特性。首先, 基于CT圖像結合有限元前處理軟件, 建立人體腰椎L4-L5節段輕度滑脫及內植物不同固定組合方式下的三維非線性有限元模型。比較各模型在前屈、后伸、左右側彎和左右軸向旋轉6種工況下, 腰椎活動范圍和融合器、椎弓根釘的應力分布等生物力學特征。結果表明各術式模型的活動范圍均較無損模型減少84%以上, 穩定性顯著提高。各術式模型中, 單枚融合器輔加單側椎弓根釘固定下融合器和椎弓根釘的應力值相對較大, 但差異無統計學意義。研究結果可為TLIF的體外標本實驗研究和臨床分析提供相應的生物力學參考和印證, 并為單側內固定斜行椎間融合TLIF手術的可行性提供生物力學依據。