5岁儿童上颈椎三维有限元模型的建立及对照分析

目的构建5岁儿童和成人上颈椎三维有限元模型,研究不同运动方向上两种模型的活动范围及应力分布。方法以1名5岁儿童及1名45岁成年人为研究对象,采用螺旋CT连续扫描颅骨至C_(5)椎体,利用Mimics 14.0、Geomagic Studio 10.0、Hypermesh 13.0、Abaqus 6.14软件构建出包括枕骨、C_(1~4)椎体、椎间盘及主要韧带。加载颅脑重量载荷及1.5 N·m扭转载荷模拟头部三维坐标轴的运动,观察上颈椎各方向活动范围及关节突和韧带的Mises应力。结果上颈椎(C_(0~1)、C_(1~2)、C_(2~3))的旋转、前屈、后伸活动范围儿童模型均显著大于成人模型(P<0.01),C_(0~1)侧屈活动范围儿童模型大于成人模型(P<0.01)。在各运动方向上,C_(0~1)、C_(1~2)关节突的平均Mises应力儿童模型均显著大于成人模型(P<0.05),C_(2~3)关节突成人模型均显著大于儿童模型(P<0.05);在前屈及后伸状态上,齿状突部位的平均Mises应力儿童模型均显著大于成人模型(P<0.01)。在各运动方向上,齿突尖韧带、翼状韧带、横韧带的平均Mises应力儿童模型均显著大于成人模型(P<0.01)。结论5岁儿童上颈椎C_(0~1)、C_(1~2)、C_(2~3)节段活动范围较大,使得上颈椎稳定性低于成年人,是儿童上颈椎不稳定的解剖学因素,运动中心上移是儿童期颈椎损伤高发的主要因素。