王志坤    夏 虹    谢文伟    李再学    张 余    马立敏

【摘要】 目的：建立正常枢椎及中空螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的三维有限元模型，分析镁合金螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的稳定性。方法：通过CT扫描1例正常成年男性志愿者颈椎获取枢椎的空间结构信息，导入三维重建软件Mimics 10.01、Solidworks 2010，建立正常枢椎及中空螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的三维有限元模型。在有限元软件Ansys 13.0中分析正常枢椎模型、ⅡA型齿状突骨折中空螺钉（镁合金螺钉、钛合金螺钉）固定模型，分别模拟颈椎后伸、前屈时受到水平载荷50N、100N、150N、200N的作用力及颈椎旋转时分别受到50N·mm、100N·mm、150N·mm、300N·mm扭矩时，测量齿状突的最大位移与最大应力、枢椎椎体的最大应力及螺钉的最大应力。钛合金螺钉弹性模量为108000MPa，屈服强度为930MPa；镁合金螺钉弹性模量为45000MPa，屈服强度为193MPa。结果：所建正常枢椎及ⅡA型齿状突骨折中空螺钉固定有限元模型外形逼真，几何相似性好。颈部前屈、后伸、旋转三种活动状态下，受到不同载荷时镁合金螺钉的最大应力均小于钛合金螺钉，两种螺钉的最大应力均小于其屈服强度；两种材料中空螺钉固定的ⅡA型齿状突骨折模型中齿状突、枢椎椎体的最大应力均小于皮质骨应力阀值（200MPa），齿状突的最大位移是正常枢椎齿状突最大位移的5~8倍，均小于1mm（有限元模型中网格大小为1mm）。结论：应用CT扫描获取枢椎空间结构信息建立的枢椎三维有限元模型可用于生物力学实验，镁合金中空螺钉在固定ⅡA型齿状突骨折时足以维持其稳定性。