建立人工腰椎间盘植入腰椎运动节段有限元模型及其应力分析(英文)

作者：徐义春; 刘尚礼; 张美超; 蔡道章; 王其友

来源：中国临床康复, 2005, (26): 240-242+281.

• 腰椎
• 椎间盘
• 生物力学
• 模型,生物学

背景:目前临床所使用的人工椎间盘的结构、材料特性、生物学特性等与正常生理的椎间盘有着很大区别。目的:通过三维有限元的方法观察分析人工腰椎间盘在腰椎运动节段中的应力传导作用。设计:单一样本观察分析。单位:中山大学附属第三院骨科、附属第二医院骨科及南方医科大学生物力学实验室。对象:1例健康男性意外死亡的无任何脊柱疾患的脊柱标本及SBChariteⅢ型人工椎间盘建立起脊柱运动节段的人工椎间盘植入有限元模型。方法:根据人工椎间盘的工业设计图,利用有限元软件MSC.MARK,建立人工腰椎间盘三维模型;取脊柱健康的腰椎运动节段尸体标本,用螺旋CT机对标本进行扫描,并把图像文件输入计算机保存,在ASC.MARK软件固有的三维坐标系中建立L4-5节段的几何模型。把L4-5运动节段模型中的椎间盘换成人工椎间盘,保持模型L5下终板固定,分别向标本施加4Nm的前屈、后伸、侧弯及扭转力矩,最后计算人工椎间盘代表结点的受力大小并记录应力的分布。主要观察指标:观察人工椎间盘前屈、后伸、压缩、侧屈、旋转运动状态的应力分布情况。结果:建立了符合临床实际的人工腰椎间盘植入腰椎运动节段的有限元模型。人工椎间盘的应力分布特点为:①在所有的运动状态中,滑动核及盖板的中心部位承受的应力最大,其次为滑动核在运动状态下偏向的部位。②滑动核及盖板上表面比各自的下表面承受其两三倍的应力。③所有的运动状态中,压缩状态下滑动核和盖板的中心部位承受的应力最大。结论:建立人工腰椎间盘植入腰椎运动节段有限元模型,在形态、大小及运动特点均与实际的人工椎间盘的结构特点相符,以此进行人工椎间盘应力分布的实验是可行的。

• 单位
  中山大学附属第三医院; 南方医科大学; 中山大学