采用有限元法對三種 U 型骶骨骨折后手術固定模型的生物力學特性進行了研究。在之前建立并驗證有效的完整腰椎—骨盆模型的基礎上，建立了三種 U 型骶骨骨折手術固定模型：① S1S2 貫穿螺釘（S1S2），② L4–L5 椎弓根螺釘 + 髂骨翼螺釘（L4L5 + IS），③ L4–L5 椎弓根螺釘 + S1 貫穿螺釘 + 髂骨翼螺釘（L4L5 + S1 + IS）。然后，通過對 L4 上表面施加 400 N 豎直向下的力以及 7.5 N·m 不同方向的扭矩（前屈、后伸、軸向旋轉、軸向側彎），對比三種固定方式在坐姿和站姿下產生的骨折縫隙分離值和最大應力的差異。研究結果表明，在不同姿態下，不同手術組產生的骨縫隙分離值為：L4L5 + S1 + IS 遠小于 L4L5 + IS 和 S1S2。對于內植入物而言，上述三種固定方式產生的最大應力值為 L4L5 + IS > L4L5 + S1 + IS > S1S2；對于椎間盤而言，上述三種固定方式產生的最大應力值為 S1S2 遠大于 L4L5 + S1 + IS 和 L4L5 + IS。綜合考慮，對于 U 型骶骨骨折而言，可以優先考慮 L4L5 + S1 + IS 固定方式進行固定。本文研究的目的在于通過比較采用三種不同的內固定方式固定 U 型骶骨骨折后的生物力學的差異，進而為臨床手術提供有效的參考。
本文采用三維有限元方法評價不同球-窩曲率半徑的ProDisc人工頸椎間盤在植入頸椎后的生物力學差異,為人工椎間盤的設計改進和臨床應用提供生物力學參考依據。首先建立C5-C6節段的三維有限元模型并驗證,同時建立曲率半徑分別為4、5和6 mm的人工頸椎間盤有限元模型并分別植入C5-C6節段,對所有置換模型都施加74 N的軸向壓縮預載荷和1.8 Nm的前屈/后伸、左右側彎和軸向旋轉力矩,進行有限元計算。計算結果顯示球窩結構的曲率半徑會改變植入節段的屈伸關節活動度,而在其他載荷下差異不明顯。增大曲率半徑可改善聚乙烯內襯應力集中現象,但同時也會伴隨小關節力、韌帶張力增大的不良結果。因此,人工椎間盤的設計應綜合考慮保留運動節段的關節活動度同時又不致小關節、韌帶、聚乙烯等的應力過大,以免影響長期臨床效果。
通過有限元力學分析不同條件振動載荷刺激下腰椎的力學響應情況, 進而確定振動參數對腰椎的生物力學影響。本文基于CT掃描圖像, 運用Mimics對腰椎L1-L5節段進行三維重建, 利用Geomagic Studio進行曲面構型, 運用Hypermesh和Abaqus建立有限元模型, 并在Abaqus中計算不同振動頻率和振幅下的腰椎松質骨部位的應力矢量/張量變化。結果顯示在一個振動周期內, 椎體骨主要受拉應力。椎體應力分布均勻, 上下表面應力較大, 上表面左后側出現應力集中現象。不同頻率與振幅條件下的振動, 椎體所受應力分布情況相似, 頻率的變化對應力大小無明顯影響, 而振幅越大應力越大。結果表明頻率和振幅參數對椎體的應力分布影響較小, 振幅與應力大小成正相關。然而, 骨形成具有長時間積累效應, 需要進一步探究長時間疲勞影響。