后路椎弓根内固定系统治疗严重胸腰椎爆裂型骨折有限元分析

【作者】 潘俊； 杨惠林； 王根林； 张文； 史金辉； 罗宗平；

【机构】 苏州大学附属第一医院骨科；

【摘要】 目的 1、根据载荷分享评分,建立严重L1爆裂型骨折有限元模型。2、采用有限元法分析后路椎弓根内固定治疗严重L1爆裂型骨折术后及术后2月时的稳定性。3、研究两个时段时内固定应力的变化,旨在为后路椎弓根内固定结合术后卧床治疗严重胸腰椎爆裂型骨折提供生物力学依据。方法选择一名30岁正常男性,利用CT对其胸腰椎进行连续薄层扫描,利用CT图像和Mimics软件建立T12-L2椎体三维模型,根据载荷分享评分模拟L1严重爆裂型骨折,模拟行后路椎弓根内固定术后及术后2月时有限元模型,将两种模型以及生理模型导入ANSYS 10.0软件,分别加载500N压力和15NM扭矩,模拟人胸腰部正常生理屈伸和侧弯,比较三种模型在不同生理活动下椎体结构和内固定器械上的变形及应力分布情况。结果生理模型在垂直压力下所得的刚度位于先前体外实测结果区间内,通过有效性检验。从位移分布情况来看,术后模型在前屈、后伸及侧弯情况下最大位移值分别为生理模型的168%、52%、150%,术后2月模型三种工况下最大位移值为生理模型的101%、51%、92%,术后2月模型在前屈及侧弯情况下更接近正常生理状态,后伸情况下较生理模型更为稳定。从内固定应力分布情况来看,三种工况下内固定应力集中分布于椎弓根螺钉根部,术后2月模型在前屈、后伸及侧弯情况下最大应力值分别为术后模型的60%、99%、68%,术后2月时内固定所承受的应力小于术后模型。结论本研究建立了正常T12-L2节段的三维有限元模型,并且加载后通过了模型有效性的验证。根据载荷分享评分,模拟L1严重爆裂型骨折椎弓根内固定术后及术后2月时有限元模型。在载荷加载实验中,术后2月模型在三种工况下稳定性优于术后模型,与正常生理情况相似。提示后路椎弓根内固定系统治疗严重胸腰椎爆裂型骨折,结合术后卧床延迟负重可达到良好的生物力学性能,为临床应用提供了理论依据。更多还原