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目的:利用有限元研究方法,分析和比较下颈椎前路椎弓根螺钉内固定系统与传统颈椎前路椎体螺钉内固定系统的生物力学性能。 方法:采集1名22岁正常健康男性志愿者颈椎(C1~ T2)CT数据,应用有限元软件先建立下颈椎(C3~ T1)完整模型并验证模型有效性。随后,在 C3-T1完整下颈椎有效性验证的基础上,建立两节段椎体次全切后颈椎前路椎弓根螺钉(ATPS)固定模型、传统前路椎体螺钉(ACCF)固定模型。在C3上分别施加1.5 N·m纯力偶矩,使模型产生前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋和右旋运动,记算完整下颈椎(C3-T1)、ATPS模型及 ACCF模型的整体活动度、钛网植骨块应力、终板应力及骨-螺钉应力,组间结果进行比较。 结果:实验建立了正常人下颈椎(C3~ T1)有限元模型,包括单元245363个,节点350340个,其椎间 ROM与Panjabi等及Kallemeyn等实验数据吻合度较好。较正常组,ATPS及ACCF组在ROM方面均减小:前屈(-72.9%,-47.8%),后伸(-57.9%,-23.7%),侧弯(-78.6%,-49.5%),旋转(-58.5%,-41.0%)。与 ACCF模型相比,ATPS模型钛网应力:前屈(-33.3%),后伸(-23.2%),侧弯(-9.2%),旋转(-18.2%).较ACCF模型,ATPS模型C4下终板应力:前屈(-18.5%),后伸(-23.1%),侧弯(-13.6%),旋转(-22.0%)。C7上终板应力:前屈(-31.8%)后伸(-44.6%)旋转(-55.2%)侧弯(-54.0%)。ATPS与 ACCF两种骨螺钉界面应力在侧弯旋转时无差异,前屈后伸工况下 ATPS略小。排除个别差异,ATPS组在总体活动度、钛网应力、终板应力及骨-螺钉应力方面均优于 ACCF组。 结论:前路椎弓根螺钉重建两节段椎体减压植骨后,整体生物力学性能优于传统椎体螺钉固定,前路椎弓根螺钉固定技术是一种良好的颈椎前路固定方式。