椎弓根螺钉钉道对椎体强度影响的有限元分析

[目的]应用有限元分析评价椎弓根螺钉取出术后钉道对椎体生物力学稳定性的影响,为临床置钉方式的选择提供参考.[方法]选取20例椎弓根钉取出术后1年患者,分别测量带钉道椎体的皮质骨、松质骨及钉道壁的CT值.比较不同骨质之间的CT值差异.随后选择1位25岁健康男性志愿者,采用64排螺旋CT对腰椎节段进行薄层扫描(层厚0.75 mm),利用Mimics 16.0及hypermesh 13.0软件建立正常胸腰椎三维四面体网格有限元模型,并分别建立单个正常、单侧和双侧有钉道椎体模型,进行边界约束后施加不同大小的垂直压力载荷.比较各模型在不同情况下的受力情况.[结果]钉道壁的CT值为(375.08土51.87),与皮质骨的CT值(403.31±52.73)的差异无统计学意义(P=0.149).建立的正常腰椎三维四面体网格有限元模型外观逼真,几何相似性好,经验证有效.各个椎体模型中,椎体本身的皮质骨最先达到极限应力值.当皮质骨达到最大应力时,双钉道、单钉道、正常椎体模型所能承受的载荷分别为:3.97 MPa、3.83 MPa和3.78 MPa,而松质骨趋势则相反.在钉道壁达到极限应力时,单、双侧钉道椎体模型所能承受载荷分别为:22.83 MPa和23.02 MPa.单双侧椎弓根螺钉钉道所受应力主要集中在螺钉钉道的中后部.随着钉道孔径的逐渐增大,椎体模型皮质骨达到最大应力时,椎体所能承载的载荷逐渐增大,而松质骨和钉道则相反.[结论]椎弓根螺钉钉道能增加椎体的抗载荷能力,且随着钉道直径的增加,椎体所承载的载荷增大.