儿童下颈椎前路4种内固定模型的螺钉-骨抗拔出有限元分析

背景:儿童下颈椎前路内固定临床已有应用,但儿童颈椎独特的发育形态、生理特征及力学变化与成人颈椎之间存在较大差异,临床上应用螺钉固定易发生松动、移位和拔出,需要对儿童不同种的螺钉内固定方式进行螺钉-骨抗拔出力实验分析.目的:运用有限元分析方法比较4种螺钉内固定系统在儿童下颈椎前路模型中螺钉抗拔出力的优越性.方法:采集6岁正常女童尸体标本(经家属知情同意)多层螺旋CT扫描的颈椎影像数据,利用Mimics 16.01、Pro/E 5.0、Geomagic Studio 2015、Hypermesh 14.0和Abaqus 6.14等软件构建出正常C4的三维有限元模型,在C4模型基础上建立颈前路双皮质椎弓根螺钉内固定(anterior cervical bicortical pedicle screw internal fixation,ACBS)、颈前路单皮质椎弓根螺钉内固定(anterior cervical single cortical pedicle screw internal fixation,ACSS)、颈前路椎体钉锁定螺钉内固定(anterior cervical vertebral screw internal fixation,ACVS)、颈前路Orion螺钉内固定(anterior cervical Orion screw internalfixation,ACOS)4种螺钉内固定模型,并对其螺钉抗拔出应力峰值及螺钉各部位应力值进行分析.结果与结论:①螺钉抗拔出应力峰由高至低依次为:ACBS组＞ACSS组＞ACVS组＞ACOS组;②4种内固定模型螺钉拔出过程中,螺钉杆前部承受最大应力,应力向尖部传递过程中呈衰减趋势;③4种内固定模型中颈椎在椎体部位应力峰值最大,椎弓根内固定较单纯椎体内固定更具稳定性;④ACBS组中颈椎应力峰值及螺钉应力峰值均高于其他组,把持力更好;ACSS组颈椎应力峰值及螺钉应力峰值高于ACVS组、ACOS组,ACVS组与ACOS组无差异;⑤结果表明,双皮质椎弓根螺钉内固定在儿童颈前路内固定螺钉拔出力中更具有优越性.