腰髂固定钉道的优化及有限元分析

目的:建立腰椎髂骨联合内固定的有限元模型并进行生物力学分析。方法:选择1位健康成年男性志愿者，行腰椎及骨盆64排螺旋CT扫描，将原始数据以.dicom格式导入Mimics 16.0软件，进行骨盆三维重建，同时确定L 4、L 5椎弓根和髂骨安全区螺钉置入几何钉道、自由钉道；通过Solidwoks 2012软件建立髂骨腰椎联合内固定钉棒系统模型，导入Ansys 12.0软件中进行装配。应用500 N轴向压缩载荷，测量两种钉道模型在前伸、后屈、左右侧屈及左右旋转等工况下的位移、von Misses应力分布结果。 结果:两种钉道模型在前屈、侧屈、后伸工况下整体位移、应力及在前屈、侧屈工况下螺钉的最大应力值表现的较为接近，但在旋转工况下几何钉道模型的整体位移、应力以及在后伸、旋转工况下螺钉的应力均明显小于自由钉道模型。骨盆最大应力均在固定螺钉表面，数值在190~260 MPa，连接骶骨与椎体的2枚螺钉的折弯处为应力集中区域，最大von Misses应力出现在纵向杆的L 4~L 5椎弓根螺钉。在旋转载荷情况下，连接L 4~L 5椎弓根螺钉和髂骨螺钉的纵杆上部承受最大应力。 结论:通过数字化分析确定的腰髂固定几何钉道有更高的抗疲劳、抗旋转以及整体稳定性，腰髂内固定系统可有效分担椎体所受应力。