随着生物材料和内固定技术的发展，复位、固定、融合以恢复脊柱三维结构的连续性及良好生理力已成为公认的治疗腰椎滑脱的基本原则。自２０世纪７０年代的椎弓根螺钉、９０年代初的椎间融合器（Ｃａｇｅ）应用于临床后，椎间融合加椎弓根螺钉固定就已成为治疗下腰椎不稳的主要方法之一。目前，临床上椎间融合术主要有经前路椎体间融合（ＡＬＩＦ）、经后路椎体间融合（ＰＬＩＦ）和经椎间孔入路椎间融合（ＴＬＩＦ），其中 ＴＬＩＦ术式单纯切除一侧关节突关节，具有对脊柱稳定性影响较小、可以避免神经损伤、融合率较高等优点。然而临床上，Ｃａｇｅ的植入位置和角度多根据外科医生的主观经验，患者术后椎间融合效果也各有差异，文献中也缺乏Ｃａｇｅ植入角度对椎体影响方面的研究。因此，亟需对腰椎间融合的生物力学特性进行深入研究，以期找到优化的融合器植入方式。
      有限元分析是脊柱生物力学研究中最有效的研究方法之一，随着计算机技术和有限元理论的飞速发展，有限元模型的精度和可靠性显著提高，国内外大量学者将有限元分析应用到人体腰椎椎间融合的研究中。Ｐｏｌｉｋｅｉｔ等认为Ｃａｇｅ植入显著改变了椎体间载荷传递，更多应力通过Ｃａｇｅ传递到下椎体。Ｃｈｉａｎｇ等通过建立腰椎Ｌ３-Ｌ５节段有限元模型，比较了单枚、双枚 Ｃａｇｅ配合椎弓根螺钉在生物力学上的差异性，结果表明单／双枚Ｃａｇｅ融合对于在脊柱稳定性的保持没有显著差异。王宇等通过对比正常模型与植骨融合模型在前屈、后伸和轴向旋转载荷等生理活动下腰椎运动和应力分布的对比，认为植骨融合会显著降低腰椎活动范围（Ｒａｎｇｅ ｏｆＭｏｔｉｏｎ，ＲＯＭ），影响椎体和小关节的应力分布，但对相邻椎间盘的影响较小，并且小关节对维持脊椎正常的生理功能起到重要作用。颜文涛等探讨了单枚融合器ＴＬＩＦ术的植入位置对单侧椎弓根螺钉固定腰椎生物力学特性的影响，结果表明，Ｃａｇｅ入路侧植入时Ｃａｇｅ配合椎弓根螺钉系统能达到较好的术式效果。
      本文在正常腰椎 Ｌ４-Ｌ５节段三维有限元模型基础上，建立ＴＬＩＦ术式腰椎Ｃａｇｅ按不同角度植入时的有限元分析融合模型，通过计算在不同生理活动下（包括前屈与后伸、左右侧弯和左右轴向旋转）各模型的角位移值、椎间盘上下终板与 Ｃａｇｅ接触界面和Ｃａｇｅ自身的应力，分析了Ｃａｇｅ植入角度对腰椎稳定性的影响规律，从而为腰椎 ＴＬＩＦ融合的临床手术提供生物力学上的理论依据。
      基于正常志愿者（男，年龄３０岁，体重７０ｋｇ，身高１７５ｃｍ）的腰椎 Ｌ４-Ｌ５节段的 ＣＴ扫描图像，导入医学图像处理软件 Minics生成三维几何模型，再利用Hyermesh软件建立有限元模型，最后导入商业有限元软件 ABAQUS中进行模拟与计算。建立的正常腰椎模型包含Ｌ４、Ｌ５椎体，前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带及椎间盘。其中椎间盘根据生理参数将其分割为纤维环和髓核两部分，纤维环占体积的５２％，将椎骨分为皮质骨和松质骨两部分。皮质骨采用三维 ８ 节点实体减缩单元（Ｃ３Ｄ８Ｒ），松质骨采用 三 维 ４ 节 点 四面 体 单元（Ｃ３Ｄ４）模拟；椎间盘纤维环与髓核以及上下终板均由三维８节点实体单元（Ｃ３Ｄ８Ｒ）模拟。所有韧带采用壳单元（Ｓ４）。引入小关节突接触，定义为自由滑动，无摩擦。腰椎 Ｌ４-Ｌ５节段腰椎正常有限元分析模型如图所示。整个模型包括９７６８４个节点和３１６６４９个不同类型的单元。
      有限元模型中所有骨性结构以及椎间盘髓核均简化为各向同性的弹性材料。纤维环采用 Ｐｅｎｇ等提出的各向异性超弹性纤维增韧本构模型。将纤维环看作是由多层基质组织构成的复合材料，各层平行排列的纤维与椎体横截面依次呈 ３０°和１５０°。利用ＦＯＲＴＲＡＮ 语言针对ABAQUS编写用户材料子程序实现纤维环材料参数定义和有限元计算。

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