腰椎间孔成形幅度对腰椎生物力学影响的三维有限元分析

摘要：

目的 应用腰椎L3-5节段三维有限元模型,分析椎间盘摘除+不同幅度椎间孔成形前后对腰椎生物力学的影响.方法 选取1位20岁既往无腰椎疾病史中国男性志愿者的CT数据,在Mimics 15.0软件中建立L3-5节段三维有限元模型,在Geomagic 12.0中修补、降噪及曲面化,在Pro/E 5.0中行椎间盘的曲面建模,修改髓核和纤维环的材料参数模拟L¨椎间盘中度退变(模型M1),在Hypermesh 12.0中进行有限元网格处理,并导入ABAQUS软件进行分析.模拟经皮椎间孔脊柱内镜技术侧后入路,以上关节突尖部到下位椎体后上缘中点为穿刺基线建立通道,去除椎间盘左后侧约1/4的纤维环中部及1/4的髓核,以模拟腰椎间盘摘除手术,构建模型M2,以圆柱体代替环锯模拟切除上关节突部分骨质行椎间孔扩大成形术,构建一级椎间孔成形模型M3(环锯直径5mm)、二级椎间孔成形模型M4(环锯直径6.5mm)和三级椎间孔成形模型M5(环锯直径7.5mm),给予特定加载条件,比较其在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6种工况下的生物力学特征.结果 建立了有效的L3-5三维有限元模型,除了在后伸工况下L4椎体的位移无明显变化外,其他5种工况下椎间孔成形后L4椎体的位移均有所增加,但成形的幅度对L4椎体的位移无明显影响.M1模型在各种工况下L4-5关节突关节的应力左侧较右侧大.M2模型在腰椎前屈及右旋工况下L4～5左侧关节突关节的应力下降,右侧的应力上升;腰椎后伸下L4-5左侧关节突关节的应力上升,右侧的应力下降;腰椎左侧屈工况下L4～5关节突关节的左右两侧应力均上升;腰椎右侧屈工况下L4-5关节突关节的左右两侧应力均下降.除腰椎左旋工况下M5模型的LL4-5右侧关节突关节应力增加明显外,其他各种工况下M3、M4、M5模型L4-5关节突关节应力变化不明显.结论 在精确穿刺的指引下,1～3级椎间孔成形对术后即刻的腰椎稳定及关节突关节的应力分布无明显影响.

关键词：腰椎、生物力学、椎间盘移位、应力、物理、有限元分析

所属期刊栏目：39

分类号：TP3;R6

资助基金：浙江省医药卫生科技计划项目2015KYB395

在线出版日期：2017-07-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：805-808,后插3