腰椎髓核摘除后小关节应力分析

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1、腰椎髓核摘除后小关节应力分析：迟增德，刘尚礼　李春海，张美超【摘要】[目的]研究L4、5正常腰椎节段、髓核摘除术后腰椎节段小关节的应力大小和分布情况。[方法]利用有限元软件Ansys，建立L4、5正常节段和髓核摘除术后三维有限元模型。固定模型L5椎体下终板，在L4椎体上终板施加400N的轴向压缩载荷，并在L4椎体上终板分别向模型施加前屈、后伸和右旋转力，力矩大小均为6Nm。分析各个状态下腰椎小关节的应力分布情况。[结果]建立了L4、5腰椎节段正常、髓核摘除术后的三维有限元模型。小关节处理为三维接触模型，线性、面接触单元，无摩擦，由上下关节突关节面及韧带结构组

2、成。正常模型两侧小关节在右旋转时均产生较大应力，而以左侧小关节产生应力更大。髓核摘除模型在前屈、后伸、旋转时小关节的应力均增加。[结论]在腰椎不同的运动状态下，两侧小关节面各个部位的接触情况是不同的，应力大小和分布也是变化的。髓核摘除后腰椎前柱的承载功能减弱，小关节等后柱结构分担载荷增大。【关键词】腰椎;髓核摘除术;有限元模型;生物力学　　Abstract:[Objective]TostudythestressesvalueanddistributionofthefacetjointofthenormalL4、5segmentmodelandthatofth

3、edenucleatedlumbarsegmentmodel.[Method]AfiniteelementmodeloftheintactL4、5segmentodellumbardiscectomythroughanteriorapproach.Thenthefiniteelementmodelofthedenucleatedlumbarspinesegmentflexion,extensionorrightrotationmomentinbinationbarfacetjointentmodelsoftheintactL4、5segmentandthed

4、enucleatedlumbarspinesegmentensionalcontact,linearfrictionlessproblem.Thefacetjointentousstructure.Bothfacetjoints,especiallytheleftoftheintactmodelproducedlargerstressesinrightrotation.paringodel,stressesofthefacetjointofthedenucleatedmodelincreasedinflexion,extensionandrightrotat

5、ion.[Conclusion]Theregionofcontactofeachfacetjointvariesaccordingtodifferentloadingconditions.Sodoesthestressesvalueanddistribution.Thefacetstressesofthelumbarsegmentincreaseinflexion,extensionandrotationafterdiscectomy.　　Keybarspine;discectomy;finiteelementmodel;biomechanics　　腰椎小关

6、节与前部的椎间盘构成三关节复合体，共同维持腰椎的稳定性，并参与腰椎运动功能,小关节与椎间盘的其中一方破坏将引起另一方结构和力学性能的变化，目前多认为小关节的退行性改变是继发于椎间盘病变而发生[1、2]。本实验在建立了L4、5腰椎节段三维有限元模型的基础上，利用有限元分析方法研究正常腰椎节段、髓核摘除术后腰椎节段小关节的应力大小和分布，分析髓核摘除后腰椎小关节的应力改变情况，从而研究小关节与椎间盘在力学性能上的相辅相成关系。　　1材料与方法　　1.1L4、5节段小关节正常三维有限元模型的建立是选取新鲜成人腰椎尸体标本1具(L1～S5)，实验前行大体解剖检查及X

7、线检查，排除腰椎退变、骨折、先天畸形等改变。用GH-Hispeed(NX/iPro，GEMedicalSystems，USA)螺旋CT对标本L4、5节段行层厚1mm连续断层扫描，将输出图像转换为无损的BMP格式图像，后将BMP格式图像文件转输入PC系统，并对图像进行配准、边缘分割等处理。每层图像经初步处理完成后输入三维重建软件Mimics系统，进行格式转换，对腰椎节段进行三维立体图像重建。然后将重建模型导入三维自由造型系统FreeFormplus(SensAble公司)，对三维计算机模型进行光滑及除噪，并根据需要对模型进行切割、填充、缩放、变形等图像处理。利

8、用有限元分析软件Ansys5.4(Ss，Inc.，H