滑槽釘生長棒內(nèi)固定系統(tǒng)的三維有限元分析.pdf

1、目的：建立L3-L5有效的三維有限元模型，研究滑槽釘內(nèi)固定系統(tǒng)生物力學及設(shè)計的合理性。
　　方法：在CT掃描的基礎(chǔ)上利用逆向工程軟件Mimics，Solidworks,PATRAN建立了正常人的腰椎（L3～L5）有限元模型，驗證其有效性；然后在 Solidworks下建立滑槽釘及鎖定釘內(nèi)固定系統(tǒng)的幾何模型，并對腰椎模型模擬手術(shù)過程裝配滑槽釘及鎖定釘內(nèi)固定系統(tǒng)；將裝配滑槽釘及鎖定釘內(nèi)固定系統(tǒng)的腰椎幾何模型導入到PATRAN下，進行網(wǎng)

2、格劃分，建立有限元網(wǎng)格模型，根據(jù)CT的灰度值和內(nèi)固定的材料屬性對模型進行賦值導入 PATRAN中得到最終有限元模型，對模型施加500N的軸向壓縮及15N·m力矩的預載荷，使模型產(chǎn)生前屈、后伸、側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)運動，在 NASTRAN軟件下完成四種工況下滑槽釘及鎖定釘內(nèi)固定系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)力分布及大小情況的計算及分析，在Hyperview軟件下顯示有限元分析的結(jié)果；并計算四種工況下運動轉(zhuǎn)角度及位移，將所建立的有限元模型結(jié)果進行比較分析，評價其生物力學

3、性能。
　　結(jié)果：1、成功建立了腰椎（L3-L5）的三維有限元模型與文獻報道無明顯差別，裝配的滑槽釘內(nèi)固定系統(tǒng)的腰椎三維有限元模型，其運動轉(zhuǎn)角度及位移與傳統(tǒng)鎖定釘內(nèi)固定系統(tǒng)三維有限元模型結(jié)果有一定的差異。
　　2、在模擬受壓的不同工況下，所研制的滑槽釘組內(nèi)固定系統(tǒng)在前屈、后伸時較鎖定組所受應(yīng)力值明顯增大；旋轉(zhuǎn)時所受應(yīng)力值明顯減少；其滑槽釘組內(nèi)固定系統(tǒng)的螺釘-腰椎骨界面應(yīng)力值在各種工況下均有不同程度的增大?；坩攦?nèi)固定系統(tǒng)鈦棒

4、、螺釘受到最大應(yīng)力值為577.8 Mpa，鈦合金極限強度在785-1100Mpa，螺釘-腰椎骨界面受到的最大應(yīng)力13.42 Mpa，正常椎弓根所能承受的最大應(yīng)力值為500 Mpa。
　　結(jié)論：
　　1、建立有效的L3-L5有效的三維有限元模型
　　2、滑槽釘內(nèi)固定系統(tǒng)與鎖定釘內(nèi)固定系統(tǒng)相比具有更好的活動范圍，滑槽釘內(nèi)固定系統(tǒng)鈦棒、螺釘及螺釘-腰椎骨界面所受的最大應(yīng)力值均小于其極限強度，滑槽釘內(nèi)固定系統(tǒng)具有較好的生物力學