部分破出骨壁的寰椎椎弓根螺釘生物力學分析.pdf

1、背景
　　 近年來,隨著我國人口日趨老齡化和交通意外等致傷因素的增多,寰樞椎不穩(wěn)患者的數量逐年增長,與其相關的手術是脊柱外科技術難度最大、風險最高的操作。制約手術的瓶頸問題是寰椎椎弓根螺釘的置入,而限制寰椎椎弓根螺釘應用的主要解剖結構就是椎弓根峽部的存在。以往,外科醫(yī)師因為擔心損傷寰椎后弓周圍的重要解剖結構,不敢使螺紋破出椎弓根峽部。而事實上,既往術后隨訪發(fā)現,部分螺釘破出骨壁的患者術后并未出現不良癥狀,螺釘的破出也未影響其生物

2、力學效果;力學分析也證實,骨組織和椎弓根螺釘的材料均可以承受遠遠超出生理負荷的力量。盛京醫(yī)院脊柱創(chuàng)傷骨科近年來在行寰椎椎弓根螺釘固定術時采用了“三點分離定位法”,通過在寰椎后弓與周圍重要結構間應用薄層隔離物的方法實現了重要解剖結構與寰椎后弓間的分離,也使寰椎椎弓根螺釘部分破出骨壁成為可能。
　　 目的
　　 利用三維有限元分析的方法討論在生理負荷下部分破出骨壁的椎弓根螺釘與標準位置置釘的椎弓根螺釘間抗拔出力及抗側向力的區(qū)

3、別。
　　 方法
　　 選取一例健康患者,行X線等檢查排除枕頸部畸形,將其0.6mm層厚的高分辨率CT圖像導入三維重建軟件,在軟件中首先確定骨結構為研究對象,然后選取半寰椎為研究范圍,建立三維模型后將各層面中的空洞逐一處理,并擦去多余的骨或其它結構,以免影響后期運算。然后對模型進行平滑等操作,再將骨模型與導入的4.0mm椎弓根螺釘通過布爾運算進行組合,三種置入螺釘的方案分別為:①螺釘部分破出椎弓根峽部上壁;②標準置釘——

4、螺釘完全被椎弓根包繞;③螺釘部分破出椎弓根峽部下壁。組合后再次平滑處理,然后將模型利用逆向工程軟件進行減噪、光滑等逆向工程操作,檢查模型確認無異常結構后導入有限元軟件,先進行材料賦值,然后劃分網格,劃分網格時保留真實的螺紋結構而不進行平滑,以確保實驗的準確性,然后在椎弓根對稱面和釘尖所對的面施加固定約束。首先,在螺釘尾部施加符合生理負荷的1KN拔出力,方向由釘尖沿螺釘軸線指向釘尾;另外,在螺釘尾部施加60N的生理負荷,方向為朝向骨壁破損

5、的方向,比較不同情況下螺釘的生物力學表現。
　　 結果
　　 三種置釘方案下,螺釘受力后均未發(fā)生位移,說明其都能承受所施加的生理負荷:施加的朝向骨壁破出方向的力量沒有造成骨壁的破損和螺釘的位移。隨著螺釘位置的改變,螺紋破出骨壁處與骨皮質接觸增多,該處骨皮質受力亦增加。
　　 結論
　　 使螺釘部分破出寰椎椎弓根峽部的方法可以提供足夠的抗拔出力和抗側向力;螺釘破出椎弓根峽部的位置可以根據術中撐開或壓縮的需要