强直性后凸脊柱T9-L3段模拟截骨与内固定静力学分析

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强直性脊柱炎所致严重的脊柱后凸在脊柱外科领域的手术矫正是一大难题,它是一个大 C形的后凸畸形。畸形常累及多个节段,矫正的手术方式、选择截骨的部位与矫正后生物力学的关系及脊柱重建、降低手术风险的问题成为目前研究的难题。  针对强直性脊柱后凸严重的特殊性,选择全脊柱截骨(VCR,vertebral column resection),拟建立一例强直性脊柱炎后凸脊柱T9-L3段三维有限元模型。分别模拟在 T9-L3不同节段进行后路全脊柱截骨,并采用后路钉-棒系统固定,研究后凸截骨及脊柱重建后固定装置在加载负荷下的应力、变形分析。  本论文采用有限元数值模拟的方法,利用 Mimics15.0软件,提取出脊柱的T9-L3段共七块脊椎骨。运用逆向成型软件Geomagic进行脊椎骨模型的NURBS曲面拟合,利用计算机辅助设计(CAD)和UG等软件,构建出七块脊椎骨的实体模型,并根据脊椎骨的大小不同,用UG8.0构建出两套固定装置(固定钉和固定棒)。通过依次截取中间五块脊椎骨的全脊柱截骨方式,获得五组方案,并将每组的脊椎骨与固定装置进行装配,建立了五组截骨内固定系统模型。  为了模拟人体脊柱的常见运动状态,在ANSYS Workbench13.0中对五组截骨内固定系统模型设定其边界条件、施加固定载荷、赋予材料参数,设定接触及连接,划分网格。针对每种不同情况,求解出在垂直压力,并附加前屈,后伸,侧弯,轴向扭转四种常见运动扭矩加载下,五组三维模型固定装置的等效应力、总位移的分布情况。通过五组方案的求解参数对比,找出应力集中小、稳定性好的最佳组,同时为钉棒固定器的改进提供数学物理模型。  本论文通过与人类活体脊柱相似的数学模型进行有限元模拟分析为临床活体截骨提供参考数据,同时为临床科学、安全截骨矫形提供理论依据。
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