3D打印个体化定制枕颈融合系统的三维有限元分析

摘要

目的:运用三维有限元分析法对3D打印个体化定制枕颈融合系统(3D printing occipitocervical fusion system, 3D-OCF)进行生物力学评价。方法:设计并研制3D-OCF,将该内固定系统与传统Summit内固定系统作对比，建立两套枕颈融合内固定方式的三维有限元模型，模拟术后上颈椎活动，分别在屈伸、侧屈及旋转6种工况下施加40 N垂直载荷及1.5 N·m力矩的预载荷，观察两种内固定系统固定下椎体活动度、枕骨位移峰值及内固定装置的应力分布。结果:在屈伸、侧屈、旋转6种工况下，与传统Summit内固定系统相比，3D-OCF固定的上颈椎各节段活动度明显降低，各节段整体活动度下降73.02%～100.00%;椎体位移峰值，与传统Summit内固定系统相比，3D-OCF固定的颈椎最大位移值明显降低，各个工况下下降了78.09%～95.73%;内固定系统应力分析，在屈伸、侧屈、旋转6种工况下，两套内固定系统所受最大应力值均在前屈状态下，3D-OCF最大应力值为37.43 MPa, Summit内固定系统最大应力值为533.32 MPa。3D-OCF的最大应力值与使用传统Summit内固定系统相比，3D-OCF各个工况的最大应力值明显降低，且各个工况下应力差均衡，无明显应力集中点。结论:3D-OCF能为枕颈融合内固定术能提供足够的强度和稳定性，且3D-OCF装置应力相对较为分散，系统装置发生断裂、失效的可能性小。

关键词

枕颈融合 / 3D打印 / 个体化 / 内固定 / 有限元分析