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腰椎单侧椎弓根体部无移位型骨折的三维有限元分析
目的 探讨腰椎单侧椎弓根体部无移位型骨折经伤侧椎弓根置入椎弓根螺钉对伤椎椎弓根和临近椎体生物力学的影响.方法 基于正常成人L4～5椎体的CT扫描影像资料,通过Mimics软件建立L4椎体腰椎单侧椎弓根体部无移位型骨折模型(以下称L4椎体骨折模型).将制作好的L4椎体骨折模型与L5椎体以stl格式导入3-matic中建立椎间盘并进行网格划分.参照以上步骤,CT扫描椎弓根螺钉后建立三维实体模型并划分网格.将L4椎体骨折模型置入椎弓根螺钉前后赋予材料属性,并导入Ansys有限元分析软件中,运用弹簧单元功能模拟韧带.固定L5椎体底部,分别在置入椎弓根螺钉前后于L4椎体上表面施加500 N应力,模拟生理情况下椎体承受垂直载荷的受力情况,并给予10 N/m力矩,模拟椎体垂直、前屈、后伸、左屈、右屈、左旋、右旋活动工况,获得L4椎体在置入椎弓根螺钉前后L5椎体的应力分布,L4椎弓根应力分布以及椎弓根螺钉前、中、后部应力分布情况.结果 L4椎体经伤侧椎弓根置入椎弓根螺钉后,L5椎体在后伸位所受应力大.置入椎弓根螺钉后,后伸工况时伤椎椎弓根所受应力较置入椎弓根螺钉前明显降低(P<0.05),其所受应力主要集中于椎弓根螺钉中部.在腰椎左旋、右旋工况时,伤椎椎弓根所受应力均较术前增加,椎弓根螺钉在旋转运动时承受应力高,应力集中于骨折断端处,而下位椎体承受应力较术前明显降低(P均<0.05).椎体在垂直、前屈、左弯、右弯工况时,椎弓根螺钉置入前后伤椎椎弓根及临近椎体应力均无明显变化(P均>0.05).结论 腰椎单侧椎弓根体部无移位型骨折经伤椎置钉可减轻骨折断端所受应力,提高其稳定性,促进骨折愈合,但需适度限制腰椎后伸、左旋、右旋运动.
