颈椎前路记忆加压固定器置入后对邻近节段影响的三维有限元分析

摘要

目的 比较颈椎前路记忆加压固定器与钛板对颈椎前路椎间盘切除融合术后邻近节段椎间盘活动度及应力的影响.方法 有偿募集1名成年男性志愿者,排除颈椎畸形、骨折、感染等疾病后,行C3～C7薄层CT扫描.将扫描数据导入三维有限元建模软件,建立生理状态下的完整三维有限元模型并验证其有效性.将C5-6椎间盘切除后置人椎间融合器,前方应用钛板或颈椎前路记忆加压固定器辅助固定,从而建立钛板固定和记忆加压固定器固定的三椎有限元模型.将三种模型导入三维有限元分析软件ANSYS 16.0,加载垂直向下的轴向73.6N载荷模拟头重及1.0 N·m的扭矩模拟颈椎前屈、背伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转六种运动,比较完整模型、钛板固定与记忆加压固定器固定后相邻节段椎间盘活动度和应力变化.结果 所建立的三维有限元模型在六种工况下的椎间盘活动度与既往研究结果基本相似,证明模型有效.在相邻C4.5节段前屈、后伸,左、右侧屈及左、右旋转六种工况活动度分别为:完整模型3.9°、4.2°、3.7°、3.7°、2.2°和2.2°,钛板固定4.6°、4.7°、4.3°、4.4°、3.3°和3.1°,记忆加压固定器固定4.4°、4.3°、4.0°、4.2°、2.8°和2.7°;不同工况下椎间盘的最大应力分别为:完整模型1.81、1.60、3.99、2.06、3.63和3.41 MPa,钛板固定1.86、1.67、4.21、2.16、3.82和3.63 MPa,记忆加压固定器固定1.84、1.64、4.17、2.14、3.78和3.58 MPa.在相邻C6.7节段六种工况活动度分别为:完整模型3.1°、3.2°、2.5°、2.5°、1.2°和1.3°,钛板固定4.2°、3.7°、3.4°、3.0°、2.1°和2.2°,记忆加压固定器固定3.5°、3.3°、2.5°、2.7°、1.8°和1.9°;不同工况下椎间盘的最大应力分别为:完整模型0.45、0.66、1.12、0.85、0.84和0.82 MPa,钛板固定0.62、0.93、1.55、1.24、1.44和1.27MPa,记忆加压固定器固定0.61、0.92、1.54、1.22、1.07和1.24 MPa.钛板固定术后相邻节段各个方向活动度及椎间盘压力均高于记忆加压固定器固定.结论 颈椎前路记忆加压固定器较钛板固定对相邻节段椎间盘的活动度及应力影响较小,一定程度上可减缓相邻节段退变的进程.