PEEK颈椎融合器的拓扑优化设计

摘要：

为了提高聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)材料颈椎椎间融合器的融合率,本研究利用有限元方法对其进行三维结构的拓扑优化设计.首先建立C3～C7节段的颈椎有限元模型并验证,然后创建C5～C6节段椎间融合器植入和前路钢板内固定的模型.将PEEK融合器设置为椭圆盘型和箱型两种初始设计域.先后进行单工况和多工况下融合器拓扑优化,并结合加权柔度优化.经过两次拓扑优化后,再对融合器的构型提取分析.研究结果表明:PEEK融合器的优化结构为环形,前方缺失,材料集中分布于后部及两侧;当体积分数分别为50％和30％时,融合器优化为多孔径和单一大孔径的形状,前者比后者增加了与终板的接触面积;优化后的融合器通过降低自身应力,增加了内部植骨块所受的应力.本研究通过加权柔度的方法构建的颈椎融合器优化模型,不受初始设计域变化的影响,且可以有效减少应力遮挡,增加植骨块的应力传导,将有助于促进融合.

关键词：颈椎、融合器、拓扑优化、有限元分析、聚醚醚酮

所属期刊栏目：39

分类号：R318(医用一般科学)

资助基金：国家自然科学基金;北京市自然科学基金;北京积水潭医院医工企交叉横向课题项目

在线出版日期：2022-08-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：598-606