经第二骶椎髂骨翼螺钉和骶髂关节螺钉治疗C型骶髂关节脱位的有限元对比研究

摘要

目的比较经第二骶椎髂骨翼（S2AI）螺钉和骶髂关节螺钉治疗单侧C型骶髂关节脱位的生物力学效果。方法选取1名成年健康男性,行骨盆CT扫描,层厚1 mm,影像学资料以DCOM格式保存。应用Mimics、Geomagic、SolidWorks、Abaqus等软件建立完整骨盆的三维有限元模型。建立C型单侧骶髂关节脱位的有限元模型,分别置入直径为6.5 mm的1枚S1椎体骶髂关节螺钉（S1组）、1枚S2AI螺钉（S2AI组）和1枚S1椎体骶髂关节螺钉+1枚S2椎体骶髂关节螺钉（S1+S2组）。模拟对骶骨上表面施加500 N垂直负荷,记录并分析骶髂关节的移位值、骶骨的移位值、螺钉内固定和周围骨的应力值及应力云图分布。结果位移数据显示,三组的位移分布有一致的趋势,但位移的绝对值为S1组＞S2AI组＞S1+S2组,其中S1组的骶髂关节最大位移为0.87 mm,骶骨最大位移为1.6 mm;S2AI组骶髂关节最大位移为0.22 mm,骶骨最大位移为0.24 mm;S1+S2组骶髂关节最大位移为0.06 mm,骶骨最大位移为0.16 mm。应力数据显示,内固定的应力主要分布在骶髂关节处,应力的大小为S2AI组＞S1组＞S1+S2组,其中S1组的最大应力值为52.8 MPa,S2AI组的最大应力值为62.1 MPa,S1+S2组S1螺钉最大应力为38.2 MPa,S2螺钉最大应力为23.6 MPa。螺钉周围骨的应力也集中于骶髂关节处,应力的大小为S1组＞S2AI组＞S1+S2组,其中S1组最大应力值为56.8 MPa,S2AI组最大应力值为11.2 MPa,S1+S2组应力最大值为5.8 MPa。结论单枚S1螺钉、单枚S2AI螺钉和S,螺钉+S2螺钉均可用于单侧C型骶髂关节脱位的治疗。单枚S1螺钉早期负重会有骶髂关节位移增大、内固定失效的风险,而S2AI螺钉固定与S1+S2螺钉联合固定有相似的生物力学强度,可以允许患者早期负重,有助于术后康复。