枕寰枢复合体有限元分析

人类枕寰枢复合体结构和功能复杂，畸形、感染、外伤、肿瘤以及手术等都可能改变局部生物力学特性，能否准确分析这些变化直接影响临床诊治。尽管已有大量体内、体外试验用于评估该区的运动学、各种融合固定方法等，但这些研究手段很难对一些力学参数尤其是结构内部的应力应变，先天畸形以及进展性疾病的发病过程进行研究。上述问题都可以通过有限元法进行研究。作为一种数学模型，有限元模型可模拟外伤、畸形、退行性变、外科手术条件下生物力学的改变。本研究拟建立具有精细解剖结构并通过验证的枕寰枢复合体有限元模型，对正常情况下生物力学特性如运动学、韧带应变、关节应力等进行预测；预测一些外伤情况的的生物力学改变；预测寰枕融合、齿突发育不全等畸形条件对局部稳定性的影响；预测各种手术方式对生物力学的影响；预测寰椎椎管环形结构完整对维持枕枢此区间距的意义；评估一些新的手术方式。

人类枕寰枢复合体结构和功能复杂，畸形、感染、外伤以及手术等都可能改变局部生物力学特性，能否准确分析这些变化直接影响临床诊治。尽管已有大量体内、体外试验用于评估该区的运动学及各种融合固定方法等，但这些研究手段很难对一些力学参数尤其是结构内部的应力应变，先天畸形以及进展性疾病的发病过程进行研究。上述问题都可以通过有限元法进行研究。作为一种数学模型，有限元模型可模拟外伤、畸形、退行性变、外科手术条件下生物力学的改变。. 本研究采取CT资料，应用Mimics软件完成枕寰枢的三维重建并获取点云数据，辅助以逆向工程完成骨性结构的曲面重构；采用Ture Grid软件建立包括关节软骨在内的全六面体有限元网格模型，建立模拟韧带的弹簧单元; 在0.3Nm和1.5Nm外载荷下进行了前屈、后伸、侧屈和轴向旋转四种生理运动的生物力学分析及有效性验证。除寰枕关节轴向旋转运动角度（ROM）偏大0.5°外，其他数据均在尸体试验数据的角度范围内，模型运动非线性和韧带变形均与实际生理情况相符。. 在正常模型基础上建立各种实验模型并进行对比研究。相同载荷下寰枕融合模型主要运动角度、部分韧带和关节应力大于正常模型，因此增加了关节、韧带损伤和寰枢脱位发病率。相同载荷下齿状突发育不良及齿状突切除术后模型寰枢关节运动角度均大于正常模型，前屈载荷时甚至出现寰枢脱位。内固定术模型尽管减少了局部运动角度但可重建稳定性。相同载荷下非脱位型颅底陷入模型关节运动角度均小于正常模型。对寰枢侧方关节各种前倾角（矢状面）和侧倾角（冠状面）模型进行加载分析发现，随着前倾角增大，稳定性下降且出现颅底陷入，而侧倾角对关节活动度影响不大。. 有限元分析法对枕颈交界区生物力学的改变及其稳定性的影响可以进行有效的、可重复的仿真分析,具有较高的实用性和临床参考价值。