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人工腰椎间盘置换后腰椎模型的
建立及有限元分析(五)


    腰椎融合技术可以恢复腰椎间隙,增加手术节段的稳定性,其近期疗效得到肯定,是目前普遍认可的一种常规手术,但该技术是以牺牲运动节段即手术节段椎体的活动度为代价的。学者研究发现,腰椎融合技术将会导致临近腰椎临近节段的活动度加强,最终出现临近节段椎间退化现象。针对上述腰椎融合技术带来的问题,腰椎非融合技术产生。腰椎非融合技术主要包括人工椎间盘置换、髓核置换和后部稳定装置植入。其中,以人工椎间盘置换术为代表的腰椎非融合技术发展最为迅速。

    人工腰椎间盘置换术可以重建腰椎体高度、维持椎体结构的稳定性、保留腰椎运动节段的活动度,消除疼痛,均布载荷,从而恢复人体腰椎正常的生理功能。用于腰椎非融合术的人工腰椎间盘必须满足以下条件:(1)足够的抗疲劳度;(2)手术节段保持较好的运动性;(3)手术方法简单易操作且人工椎间盘下沉或松动的发生率应较低。

    脊柱非融合技术的发展较快,至今虽然人工腰椎间盘的类型越来越多,但设计时都普遍必须考虑以下几个因素:人工腰椎间盘所采用的材料、固定方式及设计时需考虑的安全性因素。人体腰椎间盘是一种具有粘弹性的特殊物质,可承受人体压缩、扭转、弯曲等各种载荷。目前人工腰椎间盘的材料虽然比较多,其中主要包括钻铬铝合金、钦合金、高分子聚乙烯,但假体材料仍无法完全替代人体椎间盘这一特殊物质。首先,作为植入人体的医疗器械,人工腰椎间盘必须满足无毒、无害的基本要求;应该要有良好的生物组织相容性且无过敏反应,以保证植入后不会引起局部的不良反应。其次,由于人体腰椎间盘必须承担压缩、弯曲、压缩等载荷,同时还必须承受抗压、抗剪切应力等,这就要求人工腰椎间盘的材料必须有良好的抗破坏、抗疲劳的性能。另外,根据有关调查研究,人体脊柱发生病变的年龄段一般是35-40周岁,所以较理想的人体腰椎间盘应该至少可以保证40年的寿命。此外,从材料力学角度讲,弹性模量是反应材料力学性质的基本常数之一。若一个机械系统,比如一个人工腰椎椎间盘动态固定系统,由两种或两种以上的材料组成,弹性模量将会影响椎体及假体应力、应变等的分布情况,比如,弹性模量高的部分将会多承担一些应力,弹性模量低的结构所承受的应力就相应较小些。所以,为避免植入物下沉情况,人工椎间盘所采用的材料应尽量接近人体骨组织。


《人工腰椎间盘置换后腰椎模型的建立及有限元分析》
作者:孟丽娜,硕士;学位授权单位:天津理工大学;年度:2014

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