聚醚醚酮-羥基磷灰石-碳纖維椎間融合器的有限元研究.pdf

1、目的
　　 對(duì)聚醚醚酮/羥基磷灰石/碳纖維(PEEK/HA/CF)和鈦合金加椎弓根內(nèi)固定兩種類型的椎間融合器進(jìn)行三維有限元生物力學(xué)分析,通過比較融合節(jié)段的穩(wěn)定性、植骨塊和椎間融合器以及L3下終板的應(yīng)力有無顯著性差異,從而全面正確評(píng)價(jià)兩種材料的優(yōu)缺點(diǎn),為臨床應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 方法
　　 于中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院選取一健康志愿者CT圖像,男性,28歲,利用64排螺旋CT從L2椎體上緣到L4椎體下緣連續(xù)進(jìn)行橫

2、切掃描,得到層厚為1mm的連續(xù)橫斷面圖像。對(duì)斷層CT圖像進(jìn)行預(yù)處理后,利用Simpleware、Gomeagic11.0、Solidworks11.0和Ansys workbench 13.0軟件建立L2-L4節(jié)段和單枚融合器置入加椎弓根螺釘內(nèi)固定有限元模型。在L2椎體上表面施加500N預(yù)載荷,同時(shí)施加10N·m的力矩模擬腰椎前屈、后伸、左屈、右屈、左旋及右旋生理活動(dòng),觀察不同工況下植骨塊和融合器上的應(yīng)力以及L3下終板的應(yīng)力分布情況及融

3、合節(jié)段的角位移變化。
　　 結(jié)果
　　 1、各組固定模型的角位移均遠(yuǎn)小于正常模型。各種工況下鈦合金組和不同組分PEEK/HA/CF組的角位移均小于0.5°,鈦合金組的角位移與PEEK/HA/CF組相比較,其減少程度相當(dāng)。
　　 2、鈦合金組和PEEK/HA/CF組在椎間融合器的VonMises最大應(yīng)力峰值分別是305Mpa、114Mpa,鈦合金組在椎間融合器上的VonMises最大應(yīng)力峰值至少是PEEK/HA/C

4、F的2.6倍。PEEK/HA/CF各個(gè)組分中應(yīng)力變化不明顯。
　　 3、PEEK/HA/CF組和鈦合金組在植骨塊的VonMises最大應(yīng)力峰值分別是30.6Mpa、13.9Mpa,PEEK/HA/CF組在植骨塊的Von Mises最大應(yīng)力峰值至少是鈦合金組的2.2倍。PEEK/HA/CF各個(gè)組分中應(yīng)力變化相當(dāng)。
　　 4、鈦合金組和PEEK/HA/CF組在L3下終板的Von Mises最大應(yīng)力峰值分別為38.1Mpa、1

5、7.3Mpa,鈦合金組在L3下終板的Von Mises最大應(yīng)力峰值至少是PEEK/HA/CF組的2.2倍,這些應(yīng)力主要集中在與cage接觸的終板附近。PEEK/HA/CF各個(gè)組分中應(yīng)力變化相當(dāng)。
　　 結(jié)論
　　 PEEK/HA/CF椎間融合器與鈦合金椎間融合器相比:(1)PEEK/HA/CF椎間融合器可以提供與鈦合金椎間融合器相似的穩(wěn)定性;(2)PEEK/HA/CF椎間融合器更能有效的增加植骨塊的負(fù)荷傳導(dǎo),促進(jìn)骨性愈合