新型一体化人工枢椎力学性能的有限元分析

作者：廖穗祥; 张东升; 郑勇强; 李洪吉; 夏虹; 王建华^*

来源：中国脊柱脊髓杂志, 2019, 29(08): 741-746.

• 一体化人工枢椎
• 枢椎肿瘤
• 有限元分析
• 生物力学

目的:通过有限元方法分析新型一体化人工枢椎的力学性能。方法:通过薄层CT扫描l名健康21岁男性志愿者颅颈椎(颅前窝至C7)获取其骨性结构信息。将信息导入医学三维重建软件,模拟手术完整切除C2并在此基础上建立新型一体化人工枢椎和异形钛网两套内固定系统三维有限元模型。通过Ansys 14.5有限元软件调整上颈椎的3D模型,使其与Panjabi尸体标本实验数据基本一致,以验证模型的有效性。然后在有限元软件Ansys 14.5中对模型枕骨髁部施加40N的压力模拟头颅重力,同时施加1.5N·m的力矩,使模型产生前屈、后伸、侧屈及旋转运动,分别测量两套内固定系统中假体的最大应力和最大位移,以及C3上终板的最大应力。结果:在后伸、前屈、侧屈及旋转4种工况下,一体化人工枢椎和异形钛网的最大应力值分别为199.79MPa、472.52MPa、239.96MPa、403.45MPa以及820.47MPa、848.98MPa、492.24MPa、804.12MPa;最大位移值分别为1.8734mm、1.8887mm、0.8121mm、2.6758mm以及2.4268mm、2.5195mm、0.9731mm、3.2075mm;C3椎体上终板的最大应力值分别4.5104MPa、5.8427MPa、4.0497MPa、12.7230Mpa以及4.8444Mpa、5.7976Mpa、6.4343Mpa、14.0820Mpa。结论:新型一体化人工枢椎假体在上颈椎前路重建手术方面可提供足够的固定强度和稳定性,与异形钛网相比,具有更好的稳定性和更少的应力集中等优势。

• 单位
  中国人民解放军南部战区总医院; 广州医科大学附属第五医院; 广州市番禺区中心医院