人工椎间盘的研制及其有限元模型的应力分析

自行研制“框架”人工椎间盘（ALDFS）,并建立腰椎运动节段ALDFS置换的有限元模型,研究ALDFS的应力分布.方法：1.从骨组织工程学、脊柱生物力学、材料学和临床循证医学角度设计,采用无磁性的医用钛合金加工制成ALDFS.2.选取一名健康男性志愿者行薄层CT扫描图像,应用逆向工程技术重建腰椎模型.结合ALDFS的三维模型,建立腰椎运动节段ALDFS置换的腰椎模型,然后通过ANSYS12.0转换成有限元模型,最后模拟腰椎节段的运动,研究ALDFS的应力分布.结果：1.ALDFS由三枚自攻自锁螺钉、两端托板和立柱组成ALDFS两端的藕根形仿生学托板由主板和侧板组成.主板是撑起上下椎体的两端带翼的马蹄印形藕根状结构的截面.侧板是在椎体侧面,安装两枚平行自锁固定螺钉,与主板的一枚纵行螺钉在椎体内相互交锁固定假体.2.成功建立腰椎运动节段ALDFS置换的有限元模型,包括77268个单元.ALDFS的分布特点为：1）所有运动状态下,杵臼关节正中部周围区域应力最大;2）立柱和上托板承受的应力为下托板的6～7倍;3）所有运动状态中,正压状态下立柱和上托板正中部周围区域承受的应力最大;4）所有运动状态中,立柱均承受三个方向的力,其中侧弯时Z轴方向承受的力最大.结论：1.AL-DFS的上托板与立柱之间永久性±5～10°的微动,可一定程度上保留椎间盘的功能.2.建立ALDFS三维有限元模型并进行其应力分析是可行的,结果是可信的.