人工腰椎间盘置换术后腰椎小关节应力分布变化分析.pdfVIP

山东医药 2009年第49卷第47期 人工腰椎间盘置换术后腰椎小关节应力 分布变化分析 迟增德 ，刘尚礼 ，李春海 ，张美超 (1山东大学附属千佛 山医院，济南250014；2中山大学附属第二医院； 3南方医科大学临床解剖学研究所) 摘要：目的 探讨人工腰椎间盘 (AID)置换术(ADR)对腰椎节段小关节应力的影响。方法 新鲜成人腰椎尸 体标本 l具，利用有限元软件Ansys，建立L4／L5正常节段三维有限元模型、髓核摘除术后模型及AID置换的腰椎 节段有限元模型(根据AID放置位置分为前置、中置和后置模型)。在L4椎体上终板施加400N的轴向压缩载荷， 分别向模型施加前屈、后伸、右旋转力矩，力矩大小均为6Nm。分析各状态下腰椎小关节的应力分布情况。结果 五个模型在前屈和右旋转时，小关节均产生较大应力，尤其是旋转时，后伸时小关节应力均较小；与正常腰椎节 段相比，髓核摘除术后腰椎节段在前屈、后伸、旋转时小关节的应力均增加。与髓核摘除术相比较，AID前置在前 屈时小关节应力减小，而在后伸和右旋转时应力增加 ；AID中置和后置前屈时小关节应力增加，而在后伸和右旋转 时小关节应力均减小。结论 AID具有一定抗旋转载荷性能，术中将其放置于椎间隙中央或中央偏后可降低术后 小关节应力。 关键词：人工椎间盘；腰椎；小关节；有限元模型；生物力学 中图分类号：R318 文献标志码：B 文章编号：1002-266X(2009)47-0065-02 人工椎间盘置换术 (ADR)治疗椎间盘退行性 限元分析软件Ansys5．4对腰椎运动节段 中不同材 疾病效果 良好 ¨ 。人工椎间盘置换可以消除由于 料特性的组件分别进行造型，建立 L／L 节段的三 椎间盘退行性疾病所引起的炎症、免疫反应所导致 维有限元模型，并对模型进行网格划分 J。 的疼痛，重建椎间盘的功能，重建椎间隙的高度，恢 1．2 L4／k节段髓核摘除三维有限元模型的建立 复脊柱运动力学与载荷性能，避免术后邻近椎间盘 将L4／L5节段正常三维有限元模型当中的髓核部 应力过度增加，保持脊柱的稳定与运动功能。2004 分材料特性进行处理，将髓核内压取值为零，模仿前 年 1月 ～2005年5月，我们应用三维有限元分析方 路腰椎 问盘髓核摘除术 ，从而建立髓核摘除术后 法分析人工腰椎间盘(AID)置换后对节段小关节应 L4／Ls腰椎节段模型。 力的影响及腰椎节段后部结构的承载功能改变。现 1．3 SMHAID置换有限元模型的建立 在 L4／L 报告如下。 节段正常三维有限元模型的基础上，将模型椎闻盘 1 材料与方法 中间部分的髓核去除，植入 SMH人工椎间盘有限元 1．I L4／L5节段小关节正常三维有限元模型的建 模型，保留前方的纤维环基质和纤维，模仿前路人工 立 选取一具新鲜成人腰椎(L】一S)尸体标本，实 腰椎问盘置换术，建立人工椎问盘置换的腰椎节段 验前行大体解剖检查及x线检查，排除腰椎退变、 有限元模型 j。根据AID放置的位置分为前置、中 骨折、先天畸形等改变。用 GH—Hispeed螺旋cT对 置和后置模型，中置即放置于椎间隙的中心，而前 标本L4／L5节段行层厚 1mm连续断层扫描，将输出 置、后置则各距离椎间隙中心前、后 2rnlll。 图像转换为无损的BMP格式图像，后将 BMP格式 1．4 小关节应力分布测定 固定模型L5椎体下终 图像文件转输入PC系统，并对图像进行配准、边缘 板，在LJ椎体上终板施加4OON的轴向压缩载荷分 分割等处理。每层图像经初步处理完成后输入三维 别向模型施加前屈、后伸和右旋转力矩 ，力矩大小均 重建软件Mimics系统，进行格式转换，对腰椎节段 为6Nm，在各个加载条件下分析各个模型左右两侧 进行三维立体图像重建。然后将重建模型导人三维