应用有限元模型分析椎弓根拉力螺钉固定枢椎环骨折的稳定性

• 作者: 李广州 杨超华 欧阳建元 王清 王高举 高云
• 来源期刊: 中国脊柱脊髓杂志
• 学科: 医学
• 关键词: 枢椎环骨折 椎弓根拉力螺钉 有限元模型
• 年，卷（期）: 2020,（1）
• 所属期刊栏目: 基础研究
• 页码范围: 62-71
• 页数: 10页
• 分类号: R687.3|R318.01
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1004-406X.2020.01.09

摘要

目的:应用有限元模型分析半螺纹椎弓根拉力螺钉和全螺纹椎弓根拉力螺钉后路固定枢椎环骨折的生物力学稳定性,为临床椎弓根拉力螺钉的选择提供理论参考.方法:选取1例28岁健康成年男性志愿者,采用256排螺旋CT对其从C0～3节段进行薄层扫描,扫描层厚0.625mm.利用Mimics 20、3-matic 13.0及Ansys16.0,建立正常C0～3节段三维六面体网格有限元模型(FE/Intact)并与体外实验及其他模型文献数据进行有效性对比验证;在已验证的模型上通过弱化网格单元强度的方法模拟建立三种枢椎环骨折模型(FE/FractureA、B、C);分别建立半螺纹椎弓根拉力螺钉及全螺纹拉力内固定模型,用两种不同螺钉分别固定FE/FractureA、B、C骨折模型,进行边界约束后分别施加前屈、后伸、侧屈、旋转四种生理载荷,比较各模型在不同工况下三维活动的角位移(range of motion,ROM)及骨折端节点位移变化.结果:建立的有限元模型外观逼真,几何相似性好,经验证有效.在相同条件下FE/Fracture A、B、C模型三维活动度较FE/Intact模型明显增大.半螺纹椎弓根拉力螺钉模拟固定FE/Fracture A后模型前屈、后伸、侧屈及旋转方向上C2～3 ROM分别为2.9°、2.2°、2.0°、1.8°,较固定前的7.8°、5.8°、4.8°、3.6°相比,为固定前的37.18％、37.93％、41.67％、50.00％;而相同情况下,全螺纹椎弓根螺钉C2～3 ROM分别为3.0°、2.3°、2.1°、1.9°,为固定前的38.46％、39.66％、43.75％、52.78％.半螺纹椎弓根拉力螺钉模拟固定FE/Fracture B后模型各工况下C2～3 ROM分别为3.2°、2.4°、2.3°、2.5°,较固定前的8.1°、6.2°、5.0°、4.0°相比,为固定前的39.51％、38.71％、46.00％、62.50％;而相同情况下,全螺纹椎弓根螺钉C2～3 ROM分别为3.3°、2.4°、2.5°、2.6°,分别为固定前的40.74％、40.32％、48.00％、65.00％.半螺纹椎弓根拉力螺钉模拟固定FE/Fracture C后模型各工况下C2～3 ROM分别为3.6°、3.0°、2.8°、2.5°,较固定前的8.9°、6.3°、5.7°、4.6°相比,分别为固定前的40.45％、47.62％、49.12％、54.35％;而相同情况下,全螺纹椎弓根螺钉C2～3 ROM分别为3.7°、3.3°、2.9°、2.7°,分别为固定前的41.57％、52.38％、50.88％、58.70％.同一种骨折模型中,将两种螺钉固定后所得节点位移采用Wilcoxon符号秩检验,两组差异具有统计学意义(P＜0.05),半螺纹椎弓根拉力螺钉内固定系统在固定枢椎环骨折端和限制骨折端位移方面效果优于全螺纹螺钉.结论:半螺纹椎弓根拉力螺钉固定枢椎环骨折较全螺纹椎弓根拉力螺钉提供较强的生物力学稳定性,能够满足C2～3节段正常生理活动,达到稳定骨折断端以重建上颈椎稳定性的目的.