寰枢椎前路复位钢板系统的有限元测试

摘要

目的了解寰枢椎前路复位钢板系统（TARP）在治疗寰枢椎脱位时的应力分布,为TARP系统的进一步改进提供参考。方法应用中国数字人男1号数据集（cT）建立寰枢椎脱位前路复位钢板螺钉固定的有限元（FEM）模型,在此模型上模拟施加各种载荷条件下进行有限元分析,测定钢板、螺钉及寰枢椎在不同载荷条件下内部结构变化和应力分布。结果 TARP钢板固定后,在前屈、后伸、侧弯及旋转等不同状态下,内固定器械主要应力均集中在TARP钢板的中部（应力为0.159×10~8～0.732×10~8Pa）和枢椎螺钉的根部（应力为0.214×10~9～0.958×10~9Pa）。但前屈运动时集中在寰枢关节面上（应力为0.512×10~7Pa）;后伸运动时集中在寰椎侧块与后弓的连接部（应力为0.582×10~7Pa）;侧弯运动及旋转运动时集中在枢椎螺钉的钉道部位（应力分别为0.287×10~9Pa及0.241×10~9Pa）。结论尽管不同部位的应力大小不同,但无论在哪种运动状态下,螺钉的最大应力均在根部,TARP钢板的应力均集中在中部,因此螺钉根部及钢板中部力学强度的大小是决定TARP钢板系统力学疲劳性能的关键。