新型颈椎3D打印多孔椎间融合器的三维有限元分析

新型颈椎3D打印多孔椎间融合器：其横断面为马蹄铁状、肾形，中间设有植骨窗口用于填塞植骨块，四周为框架结构，填充以类骨小梁多孔桁架单元，上下终板接触端为曲面环状结构(依据志愿者CT原始数据实现个性化定制)，其上下有序分布锥形防滑齿8枚。融合器通过3D打印技术设计打印而成。

椎体位移峰值：与融合器相邻的上下椎体的位移最大值。

背景：颈椎前路椎间盘切除减压融合内固定已成为目前临床上常用的手术，但是传统融合器的上下弧度难以与上下终板保持完全一致，容易引起椎间融合器沉降等一系列相关并发症，作者所在课题组研究出与上下终板保持一致的新型颈椎3D打印多孔椎间融合器。

目的：通过三维有限元分析法评价新型颈椎3D打印多孔椎间融合器的力学特点，为临床应用和进一步改进提供相应理论依据。

方法：建立颈椎前路椎间盘切除减压融合内固定的三维有限元模型，分别采用传统颈椎椎间融合器以及新型颈椎3D打印多孔椎间融合器进行重建，并在前屈后伸、左右侧屈及左右旋转6个工况下，施加50 N预载荷以及1.0 N•m的运动附加弯矩。观察相应的椎体位移峰值，以及板钉、融合器和上下终板的Von-Mises应力峰值情况。

结果与结论：①结合三维有限元分析发现，新型颈椎3D打印多孔椎间融合器组在前屈后伸、左右侧屈、左右旋转这6种工况下的椎体位移峰值、融合器及上下终板的Von-Mises 应力峰值均小于传统融合器组；②而板钉的应力峰值除在后伸及右旋这2个工况下，新型颈椎3D打印多孔椎间融合器组大于传统融合器组；其他4个工况下新型颈椎3D打印多孔椎间融合器组的板钉应力峰值均小于传统融合器组；③提示相对于传统融合器，应用新型颈椎3D打印多孔椎间融合器能避免上下终板的应力集中，提高固定节段的稳定性，一定程度上可减少内植物下沉的风险。

https://orcid.org/0000-0002-1549-3456 (舒启航)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 三维有限元分析, 3D打印, 椎间融合器, 内固定, 位移, 应力, 应力集中, 内植物下沉, 稳定性

引用本文：舒启航, 廖亦佳, 薛静波, 晏怡果, 王 程. 新型颈椎3D打印多孔椎间融合器的三维有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(24): 3810-3815.