新型颈前路高贴附性弹性内固定合金板的设计与有限元分析

作者:仝铃; 许阳阳; 李志军; 马渊; 王海燕; 李筱贺
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背景:颈椎前路内固定通常在颈椎前路辅助手术中进行。由于传统接骨板体积大,突出椎体前缘,且因接骨板材料造成弹性模量高,术后患者常出现吞咽不适、疼痛等并发症。目的:采用三维有限元研究方法,比较分析三种新型颈椎前路高附着力弹性内固定合金钢板的应力分布特征,为内固定的改进和临床应用提供参考。方法:在镍钛合金设计了三种内生菌:合金板a为阶梯形,合金板B为弧形阶梯形,合金板C为弧形。随机收集C5和C6节段一名21岁健康成年女性志愿者的CT薄层扫描图像,并使用Mimics21.0、Geomagic Studio2013、Abaqus2020和其他软件进行处理,以构建三种使用新型颈椎前路合金板组装的颈椎有限元模型。在C5加载50 N垂直力和1.5 N·m纯扭矩载荷力,模拟颈部中立、弯曲和伸展。应力集中地区有6种左右弯曲状态和7种左右弯曲状态应力值。结果与结论:(1)在中性位置,应力分布均匀与其他工作条件相比,在应力集中的每个地区,三块合金板的厚度最小。在前弯后伸工况下,a合金板受压部分上部的平均应力大于B合金板(P<0.05),C合金板受压部分下部的平均应力大于B合金板(P<0.05)。在侧向弯曲工况下,弯曲侧的压力大于延伸侧(P<0.05)。在旋转工况下,旋转对侧上部和同侧下部的平均应力相对较大(P<0.05)。在侧向弯曲和旋转过程中,合金板a的大部分区域的面积远小于合金板B和C(P<0.05)。(2) 三块合金板在中性位置的应力较小,在旋转过程中的应力较大,受力最大的零件几乎集中在螺纹孔周围。(3) 合金板a更适合于术后需要做各种类似侧向屈曲和旋转动作的患者。合金板B对椎体影响小,适用于有椎体基础疾病的患者。合金板C可以在考虑相关并发症的前提下适当增加下部的厚度。这种新型合金板仍需进一步的实验和临床研究。