Finite Element Analysis of Stress Distribution in Canine Lumbar Fractures with Different Pedicle Screw Insertion Angles
期刊：Vetarinary Sciences
DOI：10.3390/vetsci12070682
链接：https://www.mdpi.com/2306-7381/12/7/682
01 研究目的
这项研究旨在通过有限元分析（FEA）评估不同椎弓根螺钉插入角度对犬腰椎骨折应力分布和变形模式的影响，以确定最佳的螺钉轨迹，为兽医提供更安全、更有效的手术方案，改善犬腰椎骨折的治疗效果。
02 研究方法
选取一只2岁雄性比格犬，进行CT扫描获取腰椎（L6-L7）数据。使用Mimics、Geomagic和Solidworks软件从CT数据重建3D模型，并在Ansys中进行FEA。在模型中虚拟植入直径2.4mm、长度22mm的椎弓根螺钉，测试45°-65°的不同插入角度。施加10N垂直载荷模拟站立条件，评估不同角度下的等效应力和总变形。分析结果，确定最佳的螺钉插入角度范围。
03 研究结果
1. 应力分布结果
① 在10N垂直载荷下，不同椎弓根螺钉插入角度的等效应力分布在L6 – L7固定系统中差异显著。
② 应力集中主要出现在两个关键位置：螺钉颈部（螺钉帽与螺杆的连接处）和螺钉帽与固定棒的接口处。
③ 所有角度中，最大等效应力为11.73MPa（50°），最小等效应力为3.25MPa（58°）。45°-55°之间应力值波动较大，而56°-60°之间相对稳定。
2. 总变形结果
① 在10N载荷下，L6-L7固定系统的总变形（累积位移）主要集中在L6-L7椎间盘和关节突关节的关节软骨。
② 峰值总变形范围为0.0033-0.0064mm。最大变形出现在55°（0.0064mm），最小变形出现在54°（0.0033mm）。51°-54°和59°-65°的插入角度表现出较低的位移幅度。
04 研究结论
本研究通过FEA发现，犬腰椎骨折中，椎弓根螺钉插入角度为58°时应力最小，56°-60°范围内角度可提供最稳定的固定效果，为临床手术提供了生物力学依据，但需进一步在多层面模型和临床实践中验证。
来源：Zhou Z, Shi X, Peng J, Zhou X, Yang L, Zhong Z, Liu H, Peng G, Zheng C, Zhang M. Finite Element Analysis of Stress Distribution in Canine Lumbar Fractures with Different Pedicle Screw Insertion Angles. Veterinary Sciences. 2025; 12(7):682.