個(gè)性化頸椎椎間融合器的設(shè)計(jì)及其三維有限元分析.pdf

1、目的：基于患者頸椎CT骨三維成像數(shù)據(jù)，使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)個(gè)體化頸椎椎間融合器，并通過(guò)三維有限元法進(jìn)行驗(yàn)證分析其即刻穩(wěn)定性及防下沉性能，探討頸椎椎間融合器個(gè)體化設(shè)計(jì)的可能性。
　　方法：提取患者的頸椎C T骨三維數(shù)據(jù)，通過(guò)Mimics16.0(試用版）建立感興趣的頸5、頸6椎體及其椎間隙結(jié)構(gòu)的3D幾何模型，在此基礎(chǔ)上使用SolidWorks201364 bit設(shè)計(jì)個(gè)體化頸椎椎間融合器（個(gè)體化Cage)，再導(dǎo)入Geomagic

2、studio201264bit構(gòu)建NUBRS曲面片，借助Hypermesh V12.0劃分網(wǎng)格，最后在ABAQUS6.16(試用版）中分兩組模型分別進(jìn)行加載，進(jìn)行頸椎運(yùn)動(dòng)三維有限元模擬分析得出軸向壓縮位移數(shù)據(jù)及應(yīng)力、位移分布圖，了解個(gè)體化Cage的即刻穩(wěn)定性及防下沉性能。
　　結(jié)果：本文有限元模型在軸向壓縮位移模擬上的預(yù)測(cè)結(jié)果與體外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及學(xué)者們所建模型的預(yù)測(cè)結(jié)果無(wú)明顯差異（P>0.05)，而頸椎運(yùn)動(dòng)范圍角度模擬失真（P<0.0

3、5)。個(gè)體化Cage植入后，頸6椎體（C6)在軸向壓縮、前屈、后伸及側(cè)彎的運(yùn)動(dòng)下，軸向壓縮位移均明顯減少，C6皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨強(qiáng)度值均得到提升（P<0.05)。頸椎前屈、后伸及側(cè)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)剛度值增高明顯（P<0.05)，而在軸向壓縮運(yùn)動(dòng)時(shí)剛度值無(wú)明顯增加（P>0.05)。個(gè)體化Cage植入后，各結(jié)構(gòu)在各頸椎運(yùn)動(dòng)中的最大Von-Mises應(yīng)力均較前明顯提升（P<0.05)。應(yīng)力云圖分析中見(jiàn)C5、C6及個(gè)體化Cage均有應(yīng)力集中區(qū)域，其壓縮位移

4、波動(dòng)于0.03-0.11mm之間。
　　結(jié)論：1.本文基于頸椎C T骨三維成像數(shù)據(jù)，通過(guò)Mimics、Geomagic及Hypermesh軟件重建的C5椎體、C6椎體及其椎間隙結(jié)構(gòu)的三維有限元模型具有良好的仿真性能，可用于生物力學(xué)的模擬分析。2.本文通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)設(shè)計(jì)了個(gè)體化Cage，利用三維有限元法進(jìn)行其即刻穩(wěn)定性及防下沉性能分析，結(jié)果顯示個(gè)體化Cage具有即刻穩(wěn)定性及良好的防下沉性能，提示基于頸椎CT骨三維成像數(shù)據(jù)個(gè)體化C