椎弓根螺釘直徑、長度變化對脊椎應力影響的三維有限元分析

田　野，湯　耿，伍　權，徐衛平

(1貴州大學　機械工程學院，貴州　貴陽　550025；2貴州師范大學 機械與電氣工程學院，貴州　貴陽　550001)

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椎弓根螺釘直徑、長度變化對脊椎應力影響的三維有限元分析

田野1，湯耿2，伍權2，徐衛平2

(1貴州大學機械工程學院，貴州貴陽550025；2貴州師范大學 機械與電氣工程學院，貴州貴陽550001)

摘要：在 CT圖像的基礎上利用Mimics 軟件完成脊椎輪廓三維重建，通過3—matic模塊對模型進行光滑處理并以iges格式導入 UG 軟件中進一步構建椎體曲面模型，并利用縫合及建模相關功能完成脊椎模型的三維重構；通過UG軟件進行網格劃分，設置材料屬性，添加邊界條件及載荷并進行有限元分析，完成螺釘內固定應力分析；椎弓根螺釘直徑在3.5 ～ 5.5 mm 范圍變化時，隨著螺釘直徑的增大有利于改善脊椎骨應力的大小；隨著螺釘長度變化，脊椎骨應力的大小變化不明顯。

關鍵詞：脊椎；三維重建；有限元分析；應力

0引言

脊柱為人體的中軸骨骼，是身體的支柱，有負重、減震、保護和運動等功能。隨著椎弓根釘棒系統的發展，對于退變、腫瘤、創傷和畸形等胸腰椎疾病，椎弓根螺釘固定已經成為維持脊椎穩定性的一個主要方式。影響椎弓根螺釘穩定性的因素主要有螺釘的長度、直徑；從生物力學角度講，直徑較大、長度較長的椎弓根螺釘能提供更有力的固定強度，但螺釘導致椎弓根的膨脹或內壁破損有使椎管直徑變小的潛在可能，將可能引起脊髓或神經受壓；因而在不同長度、直徑椎弓根螺釘影響下，有必要對脊椎的力學分布影響進行分析，為臨床選擇和設計椎弓根螺釘提供理論依據。……