下颈椎两节段椎体次全切后前路椎弓根螺钉固定系统重建稳定性有限元模型的建立

摘要

目的:建立下颈椎(C_(3)-C_(7))两节段椎体次全切后的前路椎弓根螺钉内固定系统(anterior cervical transpedicular system,ACTPS)的固定模型,为下颈椎前路重建提供一种内固定手术的有限元建模方法。方法:采集1名30岁成年健康男性志愿者颈段(C_(1)-T_(1))的CT数据,应用Mimics 10.0、Rapidform XOR3、Hypermesh10.0、CATIA5V19、ANSYS 14.0软件建立下颈椎(C_(3)-C_(7))三维非线性的完整模型作为完整组。记录完整组模型的单元数和节点数,对完整模型进行有效性验证后行C_(5)、C_(6)两节段椎体次全切,建立ACTPS模型作为ACTPS组,分别在完整组和ACTPS组的C_(3)上施加75 N的轴向压力和1N·m的纯力偶矩,使完整组和ACTPS组模型在屈伸、侧弯、旋转方向运动,分析ACTPS组的椎间活动度和应力分布情况并与完整组比较。结果:试验建立了正常人的下颈椎(C_(3)-C_(7))三维非线性有限元模型,完整模型包括85832个单元,23612个节点。构建的ACTPS内固定模型应力分布比较均匀,与完整组比较,ACTPS组的整体活动度在屈伸、侧屈、旋转方向上分别减小,相应的邻近C_(3,4)节段代偿性轻微增加。结论:ACTPS固定系统的应力分布均匀,螺钉与钛板结合部位未出现应力集中区域,内固定断裂风险低,适合于两节段及以上颈椎前路减压后稳定性重建。