個(gè)體化頸椎椎間融合器的三維有限元分析

戴相恒，朱文剛，包擁政，席新華，鐘學(xué)仁，何小龍，廖軍健，吳 強(qiáng)

目前臨床使用的頸椎椎間融合器（Cage）多為楔形籠裝或盒裝結(jié)構(gòu)，與椎體接觸面有限，而頸椎上下終板均為不規(guī)則曲面狀，Cage植入后依靠齒狀邊緣與終板形成嵌合，貼服性欠佳，導(dǎo)致植骨接觸界面受到影響[1]，且點(diǎn)狀接觸令受力分散不均，應(yīng)力相對(duì)集中，術(shù)后易導(dǎo)致椎體塌陷、畸形愈合及Cage沉降[2]，因此，尋找一種符合患者頸椎解剖結(jié)構(gòu)的個(gè)體化Cage設(shè)計(jì)方法，對(duì)提高頸椎融合手術(shù)的成功率、減少術(shù)后并發(fā)癥具有重要意義。本研究基于頸椎CT數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)個(gè)體化頸椎Cage并進(jìn)行三維有限元分析，了解其即刻穩(wěn)定性和防下沉性能，為進(jìn)一步的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 樣本采集

選取1例我院收治、擬行手術(shù)治療的神經(jīng)根型頸椎病患者，年齡41歲，病變節(jié)段C5/6，既往無(wú)風(fēng)濕性疾病及頸椎外傷史，CT及MRI檢查提示單節(jié)段頸椎退行性疾病，排除枕頸部畸形、腫瘤、感染及骨折等情況。提取其術(shù)前頸椎CT骨三維圖像，掃描層厚0.625 mm，以DICOM格式刻錄入光盤(pán)保存。

1.2 病椎幾何模型的建立[3]

將DICOM格式圖片導(dǎo)入Mimics 16.0（試用版）軟件，利用 Thresholding、Region growing及Edit Masks工具，對(duì)C5、C6及其椎間隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇、修補(bǔ)、填充及開(kāi)、閉操作，消除內(nèi)部空洞結(jié)構(gòu)，平滑模型鋸齒樣邊緣，利用Calculate 3D工具進(jìn)行實(shí)體化，用Smoothing等功能平滑表面，分別得到C5、C6及其椎間隙結(jié)構(gòu)的3D圖像，以STL格式保存；將STL文件導(dǎo)入Geomagic studio 2012 64bit中，使用網(wǎng)格醫(yī)生、填充孔、去除表面特征等編輯工具，令3D圖像進(jìn)一步平滑，消除不必要的表面特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)；……