不同長度頸椎椎弓根螺釘?shù)娜S有限元研究.pdf

1、[目的]
　　 1、本實驗目的在于利用正常成人頸椎薄層CT掃描資料建立正常成人C2～C7三維有限元模型，并進行有效性驗證。
　　 2、在已建立的模型上進行相關的三維有限元生物力學實驗，為臨床上選擇合適長度的頸椎椎弓根螺釘做出合理的解釋，并對維持螺釘穩(wěn)定的因素進行分析，以確定應用短頸椎椎弓根螺釘?shù)目尚行约皩嵱眯浴?br>　　 [方法]
　　 1、選取一32歲，健康女性志愿者為研究對象，對上述研究對象C2～C7節(jié)段

2、進行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)點完全固定，最上位的C2不受任何約束，并接受載荷失量。對模型施加73.6N的預載荷，運動附加力為1.0NM，在頸椎前屈、后伸、側屈及旋轉四種工況下進行計算頸椎活動范圍，并和以往研究結果進行對比。
　　 2、在建立正常成人C2～C7三維有限元模型基礎上，構建頸椎后

3、柱失穩(wěn)結構三維有限元模型，在此基礎上分別建立以26mm、18mm、14mm、10mm長的椎弓根螺釘固定模型及以10mm長的側塊螺釘固定模型。對模型施加73.6N的預載荷，運動附加力為1.0NM，在頸椎前屈、后伸、側屈及旋轉四種工況下進行計算頸椎活動范圍、螺釘應力、固定節(jié)段及鄰近節(jié)段椎間盤的應力。
　　 [結果]
　　 1、建立的C2～C7三維有限元模型，包括132240個節(jié)點和442486個單元。模型在前屈、后伸、側屈及

4、旋轉四種工況下活動范圍與文獻結果一致。
　　 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)，長度為26mm、18mm、14mm椎弓根螺釘模型統(tǒng)計學處理表明三者位移無顯著性差異(P＞0.05)，穩(wěn)定性相當，10mm椎弓根螺釘模型與側塊螺釘模型比較位移無顯著性差異(P＞0.05)。
　　 3、螺釘應力最高值位于近釘棒連接處，即與后方椎板

5、皮質骨接觸處最大，在螺釘?shù)淖倒尾糠忠鄩毫^大，進入椎體內松質骨后螺釘應力顯著減小。26mm長的椎弓根螺釘模型螺釘應力明顯大于其他應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)螺釘應力無顯著差異(P＞0.05)，側塊螺釘固定模型與短椎弓根螺釘固定模型比較發(fā)現(xiàn)螺釘應力無顯著差異(P＞0.05)。
　　 4、固定節(jié)段C4/5椎間盤應力，側屈及旋轉載荷下，長度為10mm的椎弓螺釘模型及側塊螺釘模型的椎間盤應力峰值

6、較長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力相近。鄰近固定節(jié)段椎間盤的應力比較，不同長度螺釘之間，鄰近椎間盤應力無明顯差別(P＞0.05)。在前屈、側屈、旋轉載荷下，各種固定模型鄰近固定節(jié)段的下位椎間盤內應力峰值的增加明顯高于鄰近固定節(jié)段的上位椎間盤應力峰值的增加；后伸載荷下，相鄰固定節(jié)段的上位椎間盤內應力峰值增加最小，相鄰固定節(jié)段的下位椎間盤內應力峰值反而減小。
　　 [結論]

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、側屈、旋轉工況下的活動范圍與文獻資料一致，驗證了模型的有效性，可進行臨床與實驗研究。
　　 2、各長度椎弓根螺釘比較，26mm、18mm、14mm長度椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性優(yōu)于10mmm長度椎弓根螺釘，而前三者無明顯差異，臨床上為避免長椎弓根螺釘帶來的風險，建議選用18mm和14mm椎弓根螺釘。并且，椎弓根螺釘與側塊螺釘比較，前者穩(wěn)定性優(yōu)于后者。短椎弓根

8、螺釘(10mm)及側塊螺釘對維持旋轉及側屈穩(wěn)定性較差。
　　 3、短頸椎椎弓根螺釘降低了螺釘斷裂的風險。維持頸椎椎弓根固定的穩(wěn)定因素主要是椎板處的皮質骨、椎弓根的環(huán)形皮質、椎弓根與椎體后緣交界處的一層皮質，而椎體內松質骨貢獻較小。
　　 4、短椎弓根螺釘或是側塊螺釘并不能減少鄰節(jié)椎間盤的應力。無論采用側塊螺釘固定還是各種長度的椎弓根螺釘固定，相鄰固定節(jié)段下位椎間盤內應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