腰椎间盘突出目前是一种常见的腰部疾病并有年轻化的趋势。腰间盘突出会造成腰痛、下肢麻木等症状,病情严重者出现瘫痪。在外力因素的作用下,髓核将纤维环挤压变形或破坏使后侧脊神经根遭受刺激或压迫从而造成相应的临床症状。腰4-5、腰5-骶1是腰椎中发病最为集中的节段。后路腰椎间孔融合术(Transforaminal Lumbar Interbody Fusion,TLIF)是治疗腰椎退行性疾病腰椎管狭窄并不稳的主要手术方式。对于腰椎不稳并伴随双侧下肢神经症状等较严重患者目前普遍采用双侧椎弓根钉棒固定的方法(双侧固定)以提高术后融合率。而后路手术对硬膜囊及神经根等相对较多的牵拉刺激会造成术后硬膜外纤维化、椎旁肌肉广泛剥离牵拉损伤等并发症;同时过固定会导致融合节段刚度过高从而提高了邻近节段中远期继发性退变的风险。本文的主要研究内容是对腰椎进行建模并利用有限元法分析对植入器械进行拓扑优化,设计新型器械,在满足支撑的条件下力图减小椎弓根钉棒系统刚度、体积以期为临床应用提供理论支持。首先,本文中将以一女性腰椎骨骼为原型,CT扫描脊椎并在MIMICS中提取L1-L5几何结构数据。然后将数据导入ANSYS中根据以往文献中的椎间盘等数据进行建模并在ANSA中建立了完整的六面体网格模型。其次,对初始脊椎模型进行ROM比较验证。模拟手术状态将验证后初始模型进行改造,去除髓核并植入椎弓根钉棒系统,将此模型称为加钉模型。通过与其他文献结果进行对比分析,验证加钉模型的有效性以及准确性。最后,以椎弓根钉棒所受最大压力为限制条件,将加钉模型的椎弓根棒体积为目标函数进行拓扑优化获得新的椎弓根钉棒。对优化后得到的模型重新建模并与原始的椎弓根棒系统进行比较来验证优化后模型的有效性。经过验证,新型的椎弓根棒满足使用需求且体积较圆棒减少了 55%。