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腰椎间融合器(Cage)植入配合椎弓根螺钉-连接棒固定,已发展成为了治疗腰椎退行性病变的主要融合和固定方式。经椎间孔入路腰椎间融合术(TLIF)作为一种相对较新的脊椎融合术式,由于其具有较大程度保留椎体的完整性,减轻神经损伤,融合率高,术后并发症少等优点,目前已经广泛地应用于临床中,然而手术中Cage的植入位置角度仅凭医生的主观经验,缺乏系统性的研究。因此,本文利用有限元仿真和离体实验相结合的研究方法,旨在探究TLIF术后Cage和椎弓根螺钉-连接棒固定系统对于椎体节段的稳定性和生物力学特性影响规律,并确定出相对较好的TLIF术融合方式。考虑到椎间盘纤维环材料的高度非线弹性,基于连续介质力学,建立了纤维环各向异性纤维增强超弹性本构模型,并利用ABAQUS/Standard中用户自定义材料子程序UANISOHYPER_INV,编译实现应用于腰椎TLIF融合数值模拟。基于健康成年志愿者腰椎CT扫描薄层数据,利用医学图像处理软件Mimics重建了腰椎几何模型,再导入有限元软件HyperMesh中建立了正常腰椎L4-L5节段模型以及按不同角度(30,45°,60°)植入Cage的椎弓根螺钉单/双边固定的TLIF融合模型,比较了术后在四种生理活动下融合节段活动度ROM大小,融合器与椎间盘上下终板接触界面、融合器、纤维环和椎弓根螺钉上的von Mises应力峰值和应力分布等生物力学特性。模拟结果表明,在相同的生理活动下,单/双侧固定时L4-L5融合节段术后稳定性大幅提升,而Cage植入角度对节段稳定性有一定影响,表现为与腰椎矢状面夹角越小,前屈、后伸时椎体稳定性越高,而侧弯、轴向旋转时稳定性则越低;融合器、接触界面、椎间盘纤维环、单/双椎弓根螺钉的应力分布随着生理活动和Cage植入角度不同存在差异,双侧固定时容易导致其中一侧椎弓根螺钉-连接棒受力集中,而且Cage对于轴向载荷分担能力也下降,因此最终确定最佳融合方式为Cage斜向45°植入椎间盘并且配合单侧椎弓根螺钉棒-连接棒系统内固定。最后,本文设计了动物生物力学离体实验,以猪腰椎标本作为实验对象,对比分析了TLIF融合对腰椎融合节段和邻近节段稳定性的影响。实验结果表明,单纯固定时融合节段在各生理活动下ROM值大幅降低,而TLIF术前屈/后伸和侧弯时ROM数值进一步降低,但轴向旋转时反而有所升高;TLIF术对于邻近节段稳定性影响表现为上邻近节段的各个方向的ROM值均较大幅度降低,而对下邻近节段的影响较小,仅在侧弯时其ROM值有一定降低。