齒狀突骨折釘棒內固定技術的有限元分析.pdf

1、目的：
　　建立齒狀突骨折的上頸椎有限元模型，設計四種上頸椎后路釘棒內固定手術方式，建立上頸椎內固定有限元模型，通過有限元方法分析模型的穩(wěn)定性及生物力學特點，以指導臨床應用。
　　背景：
　　樞椎齒狀突骨折約占頸椎骨折的20％，由于可以造成寰樞椎不穩(wěn)定而導致急性或遲發(fā)性頸髓損傷，損傷嚴重的可危及患者的生命，因此樞椎齒狀突骨折需及時診斷和治療。臨床上上頸椎后路釘棒內固定常用Harms技術（經寰椎側塊及樞椎椎弓根螺釘固定技

2、術），很多時候會遇到某根螺釘無法置入的情況。釘棒內固定系統(tǒng)具有它的靈活性，可衍生很多改良的術式，但這些術式缺乏相應的生物力學分析，無法比較不同技術的穩(wěn)定性及有效性。
　　方法：
　　(1)設計四種上頸椎后路釘棒內固定手術方式:①寰椎側塊及樞椎椎弓根螺釘內固定(Harms技術)。②寰椎側塊、單側樞椎椎弓根及同側椎板螺釘內固定。③單側寰椎側塊及同側后弓、樞椎椎弓根螺釘內固定。④單側寰椎側塊、樞椎椎弓根螺釘內固定。
　　(2

3、)選擇一名28歲健康男性志愿者，利用多層螺旋CT機獲取其上頸椎二維Dicom格式圖像數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)導入Mimics軟件中，對圖像進行分離、去噪、填充等編輯，去除齒狀突與椎體連接部分的骨性成分，建立齒狀突骨折的上頸椎有限元模型。應用SolidWorks軟件建立上頸椎后路釘棒內固定系統(tǒng)模型。將上頸椎模型和內固定系統(tǒng)模型同時導入Mimics軟件，將釘棒內固定系統(tǒng)按照實驗設計，與上頸椎進行組合。用Mimics軟件所帶的Magics9.9，對模型進

4、行光順及面網格劃分。將上頸椎模型和內固定系統(tǒng)模型進行融合，建立上頸椎內固定模型，導出ANSYS分析軟件可以識別的格式。將四種上頸椎內固定模型分別導入ANSYS軟件中，對模型進行單元類型設定、屬性設定、體網格劃分，施加垂直向下40N的預載荷以模擬頭顱的重力，施加1.5Nm的力矩使其產生前屈、后伸、側屈及旋轉運動以模擬生理狀態(tài)。測量模型移動范圍，查看應力分布，將四種模型進行生物力學比較。
　　結果：
　　建立的齒狀突骨折上頸椎模

5、型外形逼真，幾何相似性好，包含108325個節(jié)點，546430個單元。上頸椎內固定模型Ⅰ包含168785個節(jié)點，869022個單元;模型Ⅱ包含191237個節(jié)點，991730個單元;模型Ⅲ包含151436個節(jié)點，771929個單元;模型Ⅳ包含142148個節(jié)點，719880個單元。對四種模型在生理狀態(tài)下運動的角位移進行測量并同實驗室結果比較，發(fā)現(xiàn)四種模型均明顯限制寰樞椎之間的運動，但四者的穩(wěn)定性無明顯統(tǒng)計學差異，證明設計的四種內固定方式

6、切實可行。
　　結論：
　　應用Mimics、SolidWorks、ANSYS軟件可以較真實的模擬內固定系統(tǒng)在人體內的受力情況。運用有限元方法、生物力學知識全面分析各種內固定系統(tǒng)的作用原理，對于正確選擇手術方式、合理使用內固定系統(tǒng)、取得最佳矯形和固定效果、降低手術失敗率和減少并發(fā)癥等具有重要意義，同時也對新型手術器械的開發(fā)與研制提供了理論實驗數(shù)據(jù)。
　　本實驗設計的模型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在穩(wěn)定性方面無明顯差異，說明設計的內固定