齒狀突骨折釘棒內(nèi)固定技術(shù)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(shè)計四種上頸椎后路釘棒內(nèi)固定手術(shù)方式，建立上頸椎內(nèi)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(xué)特點，以指導(dǎo)臨床應(yīng)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(dǎo)致急性或遲發(fā)性頸髓損傷，損傷嚴(yán)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(nèi)固定常用Harms技術(shù)（經(jīng)寰椎側(cè)塊及樞椎椎弓根螺釘固定技

2、術(shù)），很多時候會遇到某根螺釘無法置入的情況。釘棒內(nèi)固定系統(tǒng)具有它的靈活性，可衍生很多改良的術(shù)式，但這些術(shù)式缺乏相應(yīng)的生物力學(xué)分析，無法比較不同技術(shù)的穩(wěn)定性及有效性。
　　方法：
　　(1)設(shè)計四種上頸椎后路釘棒內(nèi)固定手術(shù)方式:①寰椎側(cè)塊及樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定(Harms技術(shù))。②寰椎側(cè)塊、單側(cè)樞椎椎弓根及同側(cè)椎板螺釘內(nèi)固定。③單側(cè)寰椎側(cè)塊及同側(cè)后弓、樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定。④單側(cè)寰椎側(cè)塊、樞椎椎弓根螺釘內(nèi)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(jī)獲取其上頸椎二維Dicom格式圖像數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件中，對圖像進(jìn)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(yīng)用SolidWorks軟件建立上頸椎后路釘棒內(nèi)固定系統(tǒng)模型。將上頸椎模型和內(nèi)固定系統(tǒng)模型同時導(dǎo)入Mimics軟件，將釘棒內(nèi)固定系統(tǒng)按照實驗設(shè)計，與上頸椎進(jìn)行組合。用Mimics軟件所帶的Magics9.9，對模型進(jìn)

4、行光順及面網(wǎng)格劃分。將上頸椎模型和內(nèi)固定系統(tǒng)模型進(jìn)行融合，建立上頸椎內(nèi)固定模型，導(dǎo)出ANSYS分析軟件可以識別的格式。將四種上頸椎內(nèi)固定模型分別導(dǎo)入ANSYS軟件中，對模型進(jìn)行單元類型設(shè)定、屬性設(shè)定、體網(wǎng)格劃分，施加垂直向下40N的預(yù)載荷以模擬頭顱的重力，施加1.5Nm的力矩使其產(chǎn)生前屈、后伸、側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)運動以模擬生理狀態(tài)。測量模型移動范圍，查看應(yīng)力分布，將四種模型進(jìn)行生物力學(xué)比較。
　　結(jié)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(nèi)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(jìn)行測量并同實驗室結(jié)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(xué)差異，證明設(shè)計的四種內(nèi)固定方式

6、切實可行。
　　結(jié)論：
　　應(yīng)用Mimics、SolidWorks、ANSYS軟件可以較真實的模擬內(nèi)固定系統(tǒng)在人體內(nèi)的受力情況。運用有限元方法、生物力學(xué)知識全面分析各種內(nèi)固定系統(tǒng)的作用原理，對于正確選擇手術(shù)方式、合理使用內(nèi)固定系統(tǒng)、取得最佳矯形和固定效果、降低手術(shù)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(shù)器械的開發(fā)與研制提供了理論實驗數(shù)據(jù)。
　　本實驗設(shè)計的模型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在穩(wěn)定性方面無明顯差異，說明設(shè)計的內(nèi)固定