腰骶椎帶鎖軸向融合固定器有限元分析.pdf

1、目的：
　　1.建立正常成人L1～S1三維有限元模型，并驗證模型的有效性。
　　2.在已建立的有效腰骶椎三維有限元模型基礎(chǔ)上，模擬腰骶椎帶鎖軸向融合器置入術(shù)，在此基礎(chǔ)上分析不同載荷條件下帶鎖軸向內(nèi)固定融合器的應(yīng)力分布及位移，為研制腰骶椎帶鎖軸向融合器提供需要改進(jìn)的目標(biāo)和評價參考指標(biāo)。
　　方法：
　　利用逆向工程軟件Mimics10.01，Geomagic11.0，Solidworks2011等軟件在 CT掃描的

2、基礎(chǔ)上建立正常成人的腰骶椎（L1～S1）有限元模型并驗證其有效性,然后在Solidworks2011下建立腰骶椎帶鎖軸向融合器的幾何模型，并模擬手術(shù)過程將腰骶椎帶鎖軸向融合器裝配到有效的腰骶椎模型中，對其進(jìn)行網(wǎng)格模型劃分，建立起裝配有帶鎖軸向融合器的腰骶椎有限元網(wǎng)格模型，根據(jù)腰骶椎和內(nèi)固定的材料屬性，對模型進(jìn)行賦值導(dǎo)入Solid works2011中得到最終有限元模型。對模型施加載荷：生理狀態(tài)載荷：軸向壓縮（1500N）、屈曲（25N·

3、m）和扭轉(zhuǎn)（15N·m）預(yù)載荷；極限狀態(tài)載荷：軸向壓縮（10000N）、屈曲（91N·m）和扭轉(zhuǎn)（88N·m）預(yù)載荷。對模型進(jìn)行前屈、后伸、側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)載荷運(yùn)動，在Hypermesh10.0軟件下完成上述工況下腰骶椎帶鎖軸向融合器內(nèi)部應(yīng)力分布和位移計算，在ANSYS Workbench14.0軟件下顯示有限元分析結(jié)果，并計算上述工況下腰骶椎帶鎖軸向融合器內(nèi)部應(yīng)力分布和運(yùn)動位移，評價其生物力學(xué)性能。
　　結(jié)果：
　　1.建立了正

4、常成人的腰骶椎（L1～S1）三維有限元模型與文獻(xiàn)報道結(jié)果一致，腰骶椎模型單元數(shù)272822個，節(jié)點數(shù)418414個；裝配帶鎖軸向融合內(nèi)固定器的腰骶椎模型單元數(shù)638111個，節(jié)點數(shù)965063個。
　　2.各運(yùn)動載荷下腰骶椎帶鎖軸向融合器各部分的應(yīng)力分布:
　　在模擬受壓的不同的工況下，所研制的軸向帶鎖軸向內(nèi)固定融合器中，中軸螺釘融合器與椎弓根交鎖釘應(yīng)力分布不同，中軸螺釘融合器應(yīng)力明顯高于椎弓根交鎖釘，腰骶椎帶鎖軸向內(nèi)固定融

5、合器各部分在垂直壓縮載荷狀態(tài)下所受的應(yīng)力遠(yuǎn)小于在屈曲、扭轉(zhuǎn)等狀態(tài)時所受的應(yīng)力。在生理載荷下，腰骶椎帶鎖軸向融合器各部分的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)固定器抗壓強(qiáng)度，能夠提供足夠的強(qiáng)度以保證其在腰骶椎生理負(fù)荷狀態(tài)下均不會遭到破壞；但在極限負(fù)荷下，垂直壓縮+前屈+旋轉(zhuǎn)及垂直壓縮+右屈+左旋工況下超過內(nèi)固定最大抗壓強(qiáng)度，最大應(yīng)力出現(xiàn)在植骨孔周圍。
　　3.各運(yùn)動狀態(tài)下腰骶椎帶鎖軸向融合器各部分的位移大小分布:
　　在模擬受壓的不同的工況下，所研

6、制的腰骶椎帶鎖軸向融合器的位移大小分布不同：生理載荷下，位移很小，能夠提供足夠的強(qiáng)度以保證其在腰骶椎生理負(fù)荷狀態(tài)下穩(wěn)定性。在極限負(fù)荷下，垂直壓縮+前屈+右旋工況下最大位移出現(xiàn)在L5椎弓根交鎖釘，位移為2.9004mm。
　　全文結(jié)論：
　　1、建立了有效正常成人腰骶椎（L1～S1）三維有限元模型。
　　2、在生理載荷下，腰骶椎帶鎖軸向內(nèi)固定器能夠提供足夠的強(qiáng)度，保證穩(wěn)定性和提高植骨融合率。
　　3、在極限載荷下，