一种新型后路寰枢椎固定系统的设计及有限元分析

• 作者: 唐焕章 张李宝 徐皓 林松庆 潘保顺 陈金水
• 来源期刊: 中国脊柱脊髓杂志
• 学科: 医学
• 关键词: 寰枢椎失稳 内固定 有限元分析 生物力学
• 年，卷（期）: 2020,（4）
• 所属期刊栏目: 基础研究
• 页码范围: 353-359
• 页数: 7页
• 分类号: R687.3|R318.01
• 字数: 4490字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1004-406X.2020.04.10

摘要

目的:基于影像学参数设计一种新型后路寰枢椎固定系统,运用有限元方法评价该系统固定的生物力学稳定性.方法:运用医学影像存档与通信系统测量工具对后弓发育正常且结构完整的成人寰椎CT进行解剖学参数测量,依据寰椎影像学测量参数设计出一种符合寰椎解剖结构的新型后路寰枢椎固定系统.对1例健康志愿者上颈椎进行薄层CT扫描,对其CT图片数字图像处理,进行网格划分、设置材料属性及载荷与边界条件,建立正常上颈椎有限元模型(正常模型),并与已发表文献对比验证其有效性;在正常模型基础上通过修改材料属性及去除横韧带构建寰枢椎失稳有限元模型(失稳模型),加载新型后路寰枢椎内固定系统至失稳模型上建立新型后路寰枢椎固定系统固定有限元模型(新型模型);运用Abaqus 2019对新型模型施加扭矩为1.5N·m,对该模型C0-C3节段屈伸、侧屈、旋转活动度进行计算分析,并与寰枢椎椎弓根螺钉固定有限元模型(椎弓根螺钉模型)对比.结果:设计出的新型后路寰枢椎固定系统符合寰椎的解剖结构,此系统由新型寰椎后弓钢板、连接棒及枢椎椎弓根螺钉组成.与以往文献对比,建立的正常模型验证有效.新型模型与正常模型相比减少了屈伸95.3％、侧屈92.6％、旋转99.0％的活动度,在各状态明显减少置入节段(C1-2)的活动度.有限元分析得出新型模型在屈伸、侧屈、旋转状态下C1-2节段活动度分别为1.10°、0.49°、0.59°,与椎弓根螺钉模型活动度相近;新型模型C2/3椎间盘最大应力在前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋转、右旋转状态下分别为3.71MPa、5.84MPa、3.09MPa、3.43MPa、2.65MPa、3.59MPa,与正常模型最大应力一致;新型后路寰枢椎固定系统固定的应力主要集中于枢椎椎弓根螺钉根部及连接棒.结论:新型后路寰枢椎固定系统固定具有良好的生物力学稳定性,可作为寰枢椎失稳内固定的补充方式.