不同長(zhǎng)度頸椎椎弓根螺釘?shù)娜S有限元研究.pdf

1、[目的]
　　 1、本實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟诶谜３扇祟i椎薄層CT掃描資料建立正常成人C2～C7三維有限元模型，并進(jìn)行有效性驗(yàn)證。
　　 2、在已建立的模型上進(jìn)行相關(guān)的三維有限元生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)，為臨床上選擇合適長(zhǎng)度的頸椎椎弓根螺釘做出合理的解釋，并對(duì)維持螺釘穩(wěn)定的因素進(jìn)行分析，以確定應(yīng)用短頸椎椎弓根螺釘?shù)目尚行约皩?shí)用性。
　　 [方法]
　　 1、選取一32歲，健康女性志愿者為研究對(duì)象，對(duì)上述研究對(duì)象C2～C7節(jié)段

2、進(jìn)行CT掃描。利用Geomagic Studio9.0、Simpleware2.0、Abaqus6.9-2軟件建立C2～C7模型。約束最下位的C7椎體下表面，使下表面各節(jié)點(diǎn)完全固定，最上位的C2不受任何約束，并接受載荷失量。對(duì)模型施加73.6N的預(yù)載荷，運(yùn)動(dòng)附加力為1.0NM，在頸椎前屈、后伸、側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)四種工況下進(jìn)行計(jì)算頸椎活動(dòng)范圍，并和以往研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　　 2、在建立正常成人C2～C7三維有限元模型基礎(chǔ)上，構(gòu)建頸椎后

3、柱失穩(wěn)結(jié)構(gòu)三維有限元模型，在此基礎(chǔ)上分別建立以26mm、18mm、14mm、10mm長(zhǎng)的椎弓根螺釘固定模型及以10mm長(zhǎng)的側(cè)塊螺釘固定模型。對(duì)模型施加73.6N的預(yù)載荷，運(yùn)動(dòng)附加力為1.0NM，在頸椎前屈、后伸、側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)四種工況下進(jìn)行計(jì)算頸椎活動(dòng)范圍、螺釘應(yīng)力、固定節(jié)段及鄰近節(jié)段椎間盤的應(yīng)力。
　　 [結(jié)果]
　　 1、建立的C2～C7三維有限元模型，包括132240個(gè)節(jié)點(diǎn)和442486個(gè)單元。模型在前屈、后伸、側(cè)屈及

4、旋轉(zhuǎn)四種工況下活動(dòng)范圍與文獻(xiàn)結(jié)果一致。
　　 2、五種固定模型位移均明顯減小，26mm椎弓根螺釘模型較長(zhǎng)度為10mm椎弓根螺釘模型的位移明顯減小，兩者存在顯著性差異(P＜0.05)，長(zhǎng)度為26mm、18mm、14mm椎弓根螺釘模型統(tǒng)計(jì)學(xué)處理表明三者位移無(wú)顯著性差異(P＞0.05)，穩(wěn)定性相當(dāng)，10mm椎弓根螺釘模型與側(cè)塊螺釘模型比較位移無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。
　　 3、螺釘應(yīng)力最高值位于近釘棒連接處，即與后方椎板

5、皮質(zhì)骨接觸處最大，在螺釘?shù)淖倒尾糠忠鄩毫^大，進(jìn)入椎體內(nèi)松質(zhì)骨后螺釘應(yīng)力顯著減小。26mm長(zhǎng)的椎弓根螺釘模型螺釘應(yīng)力明顯大于其他應(yīng)用短椎弓根螺釘模型(P＜0.05)，短椎弓根螺釘模型組間比較發(fā)現(xiàn)螺釘應(yīng)力無(wú)顯著差異(P＞0.05)，側(cè)塊螺釘固定模型與短椎弓根螺釘固定模型比較發(fā)現(xiàn)螺釘應(yīng)力無(wú)顯著差異(P＞0.05)。
　　 4、固定節(jié)段C4/5椎間盤應(yīng)力，側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)載荷下，長(zhǎng)度為10mm的椎弓螺釘模型及側(cè)塊螺釘模型的椎間盤應(yīng)力峰值

6、較長(zhǎng)椎弓根螺釘模型明顯增加，26mm椎弓根螺釘模型與18mm、14mm椎弓根螺釘模型椎間盤應(yīng)力相近。鄰近固定節(jié)段椎間盤的應(yīng)力比較，不同長(zhǎng)度螺釘之間，鄰近椎間盤應(yīng)力無(wú)明顯差別(P＞0.05)。在前屈、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)載荷下，各種固定模型鄰近固定節(jié)段的下位椎間盤內(nèi)應(yīng)力峰值的增加明顯高于鄰近固定節(jié)段的上位椎間盤應(yīng)力峰值的增加；后伸載荷下，相鄰固定節(jié)段的上位椎間盤內(nèi)應(yīng)力峰值增加最小，相鄰固定節(jié)段的下位椎間盤內(nèi)應(yīng)力峰值反而減小。
　　 [結(jié)論]

7、
　　 1、建立了正常人頸椎C2～C7非線性三維有限元模型，前屈、后伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)工況下的活動(dòng)范圍與文獻(xiàn)資料一致，驗(yàn)證了模型的有效性，可進(jìn)行臨床與實(shí)驗(yàn)研究。
　　 2、各長(zhǎng)度椎弓根螺釘比較，26mm、18mm、14mm長(zhǎng)度椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性優(yōu)于10mmm長(zhǎng)度椎弓根螺釘，而前三者無(wú)明顯差異，臨床上為避免長(zhǎng)椎弓根螺釘帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，建議選用18mm和14mm椎弓根螺釘。并且，椎弓根螺釘與側(cè)塊螺釘比較，前者穩(wěn)定性優(yōu)于后者。短椎弓根

8、螺釘(10mm)及側(cè)塊螺釘對(duì)維持旋轉(zhuǎn)及側(cè)屈穩(wěn)定性較差。
　　 3、短頸椎椎弓根螺釘降低了螺釘斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。維持頸椎椎弓根固定的穩(wěn)定因素主要是椎板處的皮質(zhì)骨、椎弓根的環(huán)形皮質(zhì)、椎弓根與椎體后緣交界處的一層皮質(zhì)，而椎體內(nèi)松質(zhì)骨貢獻(xiàn)較小。
　　 4、短椎弓根螺釘或是側(cè)塊螺釘并不能減少鄰節(jié)椎間盤的應(yīng)力。無(wú)論采用側(cè)塊螺釘固定還是各種長(zhǎng)度的椎弓根螺釘固定，相鄰固定節(jié)段下位椎間盤內(nèi)應(yīng)力的增加值均較上位椎間盤高，意味著下位椎間盤可能更易退