检索历史 清除

摘要脊柱内固定系统在腰椎融合术中有着至关重要的作用，它可以在术后重建脊柱稳定性，提升融合成功率。现有内固定系统多在螺钉结构上进行改进和创新，如双螺纹螺钉，切迹螺钉，膨胀螺钉，他们均提高了螺钉的拔出力矩，使得螺钉经过椎弓根植入椎体后不易松脱，提升固定效果，但其整体刚度过大，在前屈，后伸，侧弯，左右旋转工况下使得螺钉受力增大，造成螺钉断裂。而对于内固定系统的连接方式现有研究尚不足，本研究建立了双弯杆连接结构的内固定系统与其他两种传统内固定系统，并借助生物力学有限元（FE）分析方法，分析研究三种脊柱内固定系统在PE-PLIF腰椎融合术中对腰椎L3-L5段的固定效果，使用Mimics提取CT扫描切片中的脊柱模型，建立脊柱内固定模型,及PE-PLIF手术模型，借助有限元处理软件Hypermesh和Abaqus,对不同结构内固定系统进行分析，并对弯杆结构弧度做优化分析。研究表明，带双弯杆的内固定系统比传统的双侧椎弓根螺钉系统在左右旋转工况分别降低了23.8%，22.2%的螺钉应力，而钛合金杆应力在前屈，左右侧弯，右旋工况分别降低了9.6%，3.7%，9.6%，2.9%，L5上终板应力在前屈，左右侧弯，左右旋转工况分别降低了35.5%，18.9%，38.4%，10.2%，48.3%，对比三种不同内固定模型的活动度，M3内固定模型的活动度在左侧弯曲，左旋，右旋三种工况下均比M1，M2内固定模型的活动度小，相比完整椎体活动度分别降低了93.7%，94.9%，90.9%。这说明双弯杆连接的内固定系统不仅可以在临床融合术中提供优于传统连接结构的支撑效果，而且可以提升系统稳定性，降低螺钉断裂风险，为临床内固定系统的设计提供指导和思路。<br>　　本文还研究了腰椎融合器的结构设计，在腰椎融合术中，钛合金融合器因其高弹性模量容易导致应力遮挡的发生，造成邻近节段退行性病变同时也容易造成终板塌陷；PEEK融合器则因其材料特性不利于骨长入和融合稳定性，但其低弹性模量的特性，能更好的避免应力遮挡效应的发生，在椎体运动时及时的提供吸能缓震。第二部分设计了一种框架连接结构的组合融合器，并利用有限元方法分析其在经皮内窥镜腰椎后入路融合术（PE-PLIF）中的生物力学性能。通过扫描CT图像建立了完整的L4-L5腰椎模型，并验证其有效性，基于完整的L4-L5腰椎模型建立了静力学手术分析模型和简谐振动手术分析模型。结合手术模型对钛合金融合器，PEEK融合器，组合融合器作对比分析。研究表明，在静力学工况下组合融合器相比钛合金融合器应力集中减小，终板应力相应降低。振动工况下组合融合器应力幅值小于钛合金融合器，组合融合器应变能曲线介于钛合金和PEEK融合器之间，相比钛合金融合器一定程度降低了应力遮挡的效果。这表明组合结构的融合器有潜力替代传统的钛合金和PEEK融合器，兼顾生物相容性和应力遮挡效应，为临床融合器的创新设计提供思路。