椎间盘退变对腰椎生物力学影响的有限元研究

目的：探讨椎间盘退变对腰椎运动节段生物力学的影响。 方法：采用新型的基于CT图像的CAD建模方法精确建立L4-5运动节段的三维非线性有限元模型(ND)，并通过改变椎间盘材料特性和椎间盘高度等参数，建立轻度椎间盘退变模型(LDD)、中度椎间盘退变模型(MDD)和重度椎间盘退变模型(SDD)；垂直压缩、屈曲、伸直、前剪、后剪5种载荷条件下，分别对4种有限元模型进行生物力学测试，比较4种模型之间各项生物力学参数的差异。 结果：5种载荷条件下，ND、MDD、SDD模型刚度逐渐增大，LDD模型较ND模型刚度轻度减小；髓核内压、纤维环纤维最大张应力、椎间盘最大膨出值随椎间盘退变程度的增加而减小，纤维环基质最大等效应力随椎间盘退变程度的增加渐行性增大；ND、MDD、SDD模型后部结构力随退变程度增加而减小，LDD模型的后部结构力较正常模型轻度增大，5种载荷下表现一致；随椎间盘退变的加重，椎间盘、椎体外周出现应力集中现象。 结论：轻度椎间盘退变引起腰椎稳定性下降，腰椎后部结构力增加，中、重度椎间盘退变时腰椎稳定性重新获得，后部结构力减小。随椎间盘退变程度的增加，髓核的承载能力进行性下降，纤维环的承载增加，导致承载分布不均，椎间盘、椎体应力分布存在向外周扩散的趋势。