一种新型后路寰枢椎固定系统的设计及有限元分析
发布时间：2021-07-27 11:37
目的 :基于影像学参数设计一种新型后路寰枢椎固定系统,运用有限元方法评价该系统固定的生物力学稳定性。方法:运用医学影像存档与通信系统测量工具对后弓发育正常且结构完整的成人寰椎CT进行解剖学参数测量,依据寰椎影像学测量参数设计出一种符合寰椎解剖结构的新型后路寰枢椎固定系统。对1例健康志愿者上颈椎进行薄层CT扫描,对其CT图片数字图像处理,进行网格划分、设置材料属性及载荷与边界条件,建立正常上颈椎有限元模型（正常模型）,并与已发表文献对比验证其有效性;在正常模型基础上通过修改材料属性及去除横韧带构建寰枢椎失稳有限元模型（失稳模型）,加载新型后路寰枢椎内固定系统至失稳模型上建立新型后路寰枢椎固定系统固定有限元模型（新型模型）;运用Abaqus 2019对新型模型施加扭矩为1.5N·m,对该模型C0-C3节段屈伸、侧屈、旋转活动度进行计算分析,并与寰枢椎椎弓根螺钉固定有限元模型（椎弓根螺钉模型）对比。结果:设计出的新型后路寰枢椎固定系统符合寰椎的解剖结构,此系统由新型寰椎后弓钢板、连接棒及枢椎椎弓根螺钉组成。与以往文献对比,建立的正常模型验证有效。新型模型与正常模型相比减少了屈伸95.3%、侧...
【文章来源】：中国脊柱脊髓杂志. 2020,30(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
新型寰椎后弓钢板（1，寰椎后弓钩；2，多轴“U”形槽；3，锁定螺钉；4，锁定钉孔）a正视图b侧视图c俯视图d轴视图图2新型后路寰枢椎固定系统a正视图b侧视图c轴视图
(1）符合解剖结构。依据解剖数据设计出的寰椎后弓弧形钢板、后弓弧形凹陷及后弓钩设计与寰椎后弓环抱，使钢板与寰椎后弓更好地贴合，符合后弓的解剖结构。有文献报道寰椎后弓暴露一般在距离后结节15～20mm处[14]，为避免损伤椎动脉，钢板总长度30mm，单侧距离后结节为15mm。Natsis等[15]测量后结节处至椎动脉沟内侧距离，左侧为13.71±1.76mm，右侧为13.78±1.87mm，为了避免损伤椎动脉及脊髓，我们将寰椎后弓钩设计在距离后结节10mm处，长度为5mm。另外，新型寰椎后弓钢板依据前期影像学测量结果设计出来，因存在个体化差异，可以设计小、中、大三种型号，具体实施依据个体CT测量结果选择合适大小的钢板固定。目前产品尚未商业化，下一步将考虑向临床转化。随着3D打印技术的发展，目前内固定的制作时间很短，甚至可以实现个体化定制。（2）具有较好的稳定性。Guo等[16]将寰椎后弓钩与枢椎椎弓根螺钉连接，具有较好的生物力学稳定性，但是后弓钩往往出现与寰椎后弓配伍不良、固定不安全等问题。Floyd等[17]首次提出寰椎后弓螺钉固定技术，单纯后弓螺钉固定存在生物力学稳定性较差、固定强度不足等缺点。新型寰椎后弓钢板将后弓钩和后弓螺钉结合在一起，比单一固定稳定性好。因钢板固定后弓使得植骨面积减少，选择寰椎后弓下缘与枢椎棘突之间植骨；钢板与后弓钩一体化设计增加了固定稳定性，钢板后弓钩外侧的板形结构，虽增加显露风险，仍在安全暴露区域且增加后弓钩稳定性。钢板一体化设计，且采用锁定螺钉设计，增加内固定系统稳定性，虽然限制钉道方向及长度，但是具有较好的固定强度。一体化钢板上的锁定螺钉是根据解剖结构设计的，其方向依据解剖结构测量设计，能够较好地置入寰椎后弓上，但对于解剖变异及后弓角度较大可能会存在穿出后弓损伤脊髓的风险，因此需要术前进行详细评估，必要时可以个体化定制。（3）兼容性较好。多轴“U”形槽的设计可借助连接棒与现有枢椎螺钉相连，构成新型后路寰枢椎固定系统，具有较好的兼容性。（4）安全且便捷。后弓钩借助配套工具抱紧钳抱紧，操作容易，仅需上下加压抱紧，未进入椎管，对脊髓干扰较少。以后弓解剖数据设计的后弓螺钉为与后弓方向一致的单皮质螺钉，长度选择为后结节至椎动脉沟距离的最小值，损伤椎动脉、脊髓的几率很小，安全性好，而且便于操作。总之，新型后路寰枢椎固定系统固定可作为寰椎椎弓根螺钉置钉困难、失败的一种补救方式；对于寰椎爆裂骨折，该系统因具横向固定的作用更为适合。3.2 新型后路寰枢椎固定系统固定的有限元分析
本研究中，新型后路寰枢椎固定系统固定有限元模型与正常模型相比减少了屈伸95.3%、侧屈92.6%、旋转99.0%的活动度，在各状态明显减少置入节段（C1-2）的活动度。在屈伸、侧屈及旋转运动都明显限制了寰枢椎的活动度。与寰枢椎椎弓根螺钉固定模型的活动度相比，在屈伸、侧屈及旋转活动度差异较小，说明新型后路寰枢椎固定系固定可以取得与寰枢椎椎弓根螺钉固定模型相似的稳定性。寰枢椎椎弓根螺钉固定具有一定的复位作用、有多种组合方式、抗轴向旋转能力强、植骨融合率高，是目前治疗寰枢椎失稳的首选方案[7]，寰枢椎椎弓根螺钉内固定具有较好稳定性，但该方案操作要求高、易造成椎动脉、神经根及脊髓损伤。解剖变异、创伤、肿瘤等外界因素引起骨性结构的破坏或缺失，现有后路寰枢椎内固定技术不能实施时，新型后路寰枢椎固定系统固定可作为补救方式。新型后路寰枢椎固定系统固定对于相邻节段来说，C0-1节段屈伸活动度轻微增加而C2-3节段减小，相邻节段侧屈活动度均轻微减少了，而且均轻微增加了旋转活动度。新型后路寰枢椎固定系统固定对相邻节段活动度影响总体来说较小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种寰枢椎后路内固定系统的三维有限元分析[J]. 陈金水,林松庆,徐皓,倪斌,郭群峰,王本海,张慧浩,郑明声. 中国矫形外科杂志. 2016(13)
[2]寰枢椎脱位三维非线性有限元模型的建立和分析[J]. 陈金水,倪斌,陈博,王明飞,谢宁,郭群峰,周风金,杨健. 中国脊柱脊髓杂志. 2010(09)
[3]Apofix椎板夹内固定在寰枢椎不稳治疗中的应用[J]. 马乐群,镇万新,徐亮,高国勇. 中华骨科杂志. 2005(10)
本文编号：3305708
【文章来源】：中国脊柱脊髓杂志. 2020,30(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
新型寰椎后弓钢板（1，寰椎后弓钩；2，多轴“U”形槽；3，锁定螺钉；4，锁定钉孔）a正视图b侧视图c俯视图d轴视图图2新型后路寰枢椎固定系统a正视图b侧视图c轴视图
(1）符合解剖结构。依据解剖数据设计出的寰椎后弓弧形钢板、后弓弧形凹陷及后弓钩设计与寰椎后弓环抱，使钢板与寰椎后弓更好地贴合，符合后弓的解剖结构。有文献报道寰椎后弓暴露一般在距离后结节15～20mm处[14]，为避免损伤椎动脉，钢板总长度30mm，单侧距离后结节为15mm。Natsis等[15]测量后结节处至椎动脉沟内侧距离，左侧为13.71±1.76mm，右侧为13.78±1.87mm，为了避免损伤椎动脉及脊髓，我们将寰椎后弓钩设计在距离后结节10mm处，长度为5mm。另外，新型寰椎后弓钢板依据前期影像学测量结果设计出来，因存在个体化差异，可以设计小、中、大三种型号，具体实施依据个体CT测量结果选择合适大小的钢板固定。目前产品尚未商业化，下一步将考虑向临床转化。随着3D打印技术的发展，目前内固定的制作时间很短，甚至可以实现个体化定制。（2）具有较好的稳定性。Guo等[16]将寰椎后弓钩与枢椎椎弓根螺钉连接，具有较好的生物力学稳定性，但是后弓钩往往出现与寰椎后弓配伍不良、固定不安全等问题。Floyd等[17]首次提出寰椎后弓螺钉固定技术，单纯后弓螺钉固定存在生物力学稳定性较差、固定强度不足等缺点。新型寰椎后弓钢板将后弓钩和后弓螺钉结合在一起，比单一固定稳定性好。因钢板固定后弓使得植骨面积减少，选择寰椎后弓下缘与枢椎棘突之间植骨；钢板与后弓钩一体化设计增加了固定稳定性，钢板后弓钩外侧的板形结构，虽增加显露风险，仍在安全暴露区域且增加后弓钩稳定性。钢板一体化设计，且采用锁定螺钉设计，增加内固定系统稳定性，虽然限制钉道方向及长度，但是具有较好的固定强度。一体化钢板上的锁定螺钉是根据解剖结构设计的，其方向依据解剖结构测量设计，能够较好地置入寰椎后弓上，但对于解剖变异及后弓角度较大可能会存在穿出后弓损伤脊髓的风险，因此需要术前进行详细评估，必要时可以个体化定制。（3）兼容性较好。多轴“U”形槽的设计可借助连接棒与现有枢椎螺钉相连，构成新型后路寰枢椎固定系统，具有较好的兼容性。（4）安全且便捷。后弓钩借助配套工具抱紧钳抱紧，操作容易，仅需上下加压抱紧，未进入椎管，对脊髓干扰较少。以后弓解剖数据设计的后弓螺钉为与后弓方向一致的单皮质螺钉，长度选择为后结节至椎动脉沟距离的最小值，损伤椎动脉、脊髓的几率很小，安全性好，而且便于操作。总之，新型后路寰枢椎固定系统固定可作为寰椎椎弓根螺钉置钉困难、失败的一种补救方式；对于寰椎爆裂骨折，该系统因具横向固定的作用更为适合。3.2 新型后路寰枢椎固定系统固定的有限元分析
本研究中，新型后路寰枢椎固定系统固定有限元模型与正常模型相比减少了屈伸95.3%、侧屈92.6%、旋转99.0%的活动度，在各状态明显减少置入节段（C1-2）的活动度。在屈伸、侧屈及旋转运动都明显限制了寰枢椎的活动度。与寰枢椎椎弓根螺钉固定模型的活动度相比，在屈伸、侧屈及旋转活动度差异较小，说明新型后路寰枢椎固定系固定可以取得与寰枢椎椎弓根螺钉固定模型相似的稳定性。寰枢椎椎弓根螺钉固定具有一定的复位作用、有多种组合方式、抗轴向旋转能力强、植骨融合率高，是目前治疗寰枢椎失稳的首选方案[7]，寰枢椎椎弓根螺钉内固定具有较好稳定性，但该方案操作要求高、易造成椎动脉、神经根及脊髓损伤。解剖变异、创伤、肿瘤等外界因素引起骨性结构的破坏或缺失，现有后路寰枢椎内固定技术不能实施时，新型后路寰枢椎固定系统固定可作为补救方式。新型后路寰枢椎固定系统固定对于相邻节段来说，C0-1节段屈伸活动度轻微增加而C2-3节段减小，相邻节段侧屈活动度均轻微减少了，而且均轻微增加了旋转活动度。新型后路寰枢椎固定系统固定对相邻节段活动度影响总体来说较小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种寰枢椎后路内固定系统的三维有限元分析[J]. 陈金水,林松庆,徐皓,倪斌,郭群峰,王本海,张慧浩,郑明声. 中国矫形外科杂志. 2016(13)
[2]寰枢椎脱位三维非线性有限元模型的建立和分析[J]. 陈金水,倪斌,陈博,王明飞,谢宁,郭群峰,周风金,杨健. 中国脊柱脊髓杂志. 2010(09)
[3]Apofix椎板夹内固定在寰枢椎不稳治疗中的应用[J]. 马乐群,镇万新,徐亮,高国勇. 中华骨科杂志. 2005(10)
本文编号：3305708
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/3305708.html
