齿状突骨折钉棒内固定技术的有限元分析
目的： 建立齿状突骨折的上颈椎有限元模型，设计四种上颈椎后路钉棒内固定手术方式，建立上颈椎内固定有限元模型，通过有限元方法分析模型的稳定性及生物力学特点，以指导临床应用。 背景： 枢椎齿状突骨折约占颈椎骨折的20％，由于可以造成寰枢椎不稳定而导致急性或迟发性颈髓损伤，损伤严重的可危及患者的生命，因此枢椎齿状突骨折需及时诊断和治疗。临床上上颈椎后路钉棒内固定常用Harms技术（经寰椎侧块及枢椎椎弓根螺钉固定技术），很多时候会遇到某根螺钉无法置入的情况。钉棒内固定系统具有它的灵活性，可衍生很多改良的术式，但这些术式缺乏相应的生物力学分析，无法比较不同技术的稳定性及有效性。 方法： (1)设计四种上颈椎后路钉棒内固定手术方式:①寰椎侧块及枢椎椎弓根螺钉内固定(Harms技术)。②寰椎侧块、单侧枢椎椎弓根及同侧椎板螺钉内固定。③单侧寰椎侧块及同侧后弓、枢椎椎弓根螺钉内固定。④单侧寰椎侧块、枢椎椎弓根螺钉内固定。 (2)选择一名28岁健康男性志愿者，利用多层螺旋CT机获取其上颈椎二维Dicom格式图像数据。将数据导入Mimics软件中，对图像进行分离、去噪、填充等编辑，去除齿状突与椎体连接部分的骨性成分，建立齿状突骨折的上颈椎有限元模型。应用SolidWorks软件建立上颈椎后路钉棒内固定系统模型。将上颈椎模型和内固定系统模型同时导入Mimics软件，将钉棒内固定系统按照实验设计，与上颈椎进行组合。用Mimics软件所带的Magics9.9，对模型进行光顺及面网格划分。将上颈椎模型和内固定系统模型进行融合，建立上颈椎内固定模型，导出ANSYS分析软件可以识别的格式。将四种上颈椎内固定模型分别导入ANSYS软件中，对模型进行单元类型设定、属性设定、体网格划分，施加垂直向下40N的预载荷以模拟头颅的重力，施加1.5Nm的力矩使其产生前屈、后伸、侧屈及旋转运动以模拟生理状态。测量模型移动范围，查看应力分布，将四种模型进行生物力学比较。 结果： 建立的齿状突骨折上颈椎模型外形逼真，几何相似性好，包含108325个节点，546430个单元。上颈椎内固定模型Ⅰ包含168785个节点，869022个单元;模型Ⅱ包含191237个节点，991730个单元;模型Ⅲ包含151436个节点，771929个单元;模型Ⅳ包含142148个节点，719880个单元。对四种模型在生理状态下运动的角位移进行测量并同实验室结果比较，发现四种模型均明显限制寰枢椎之间的运动，但四者的稳定性无明显统计学差异，证明设计的四种内固定方式切实可行。 结论： 应用Mimics、SolidWorks、ANSYS软件可以较真实的模拟内固定系统在人体内的受力情况。运用有限元方法、生物力学知识全面分析各种内固定系统的作用原理，对于正确选择手术方式、合理使用内固定系统、取得最佳矫形和固定效果、降低手术失败率和减少并发症等具有重要意义，同时也对新型手术器械的开发与研制提供了理论实验数据。 本实验设计的模型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在稳定性方面无明显差异，说明设计的内固定方式切实可行。模型Ⅳ也能明显限制上颈椎的活动度，具有即刻稳定性，但稳定性较其他三种模型稍差，在特殊情况下可做为其他三种术式的补充，术后佩戴颈围联合治疗。这使得内固定手术的方式更加灵活多样，对特殊损伤提供了更多的解决方案，临床医师可根据实际情况，选择更适合的手术方式。
齿状突骨折;钉棒内固定技术;有限元分析;生物力学
中国医科大学
硕士
临床医学;外科学
李雷
2013
中文
R687.32
42
2014-07-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）