前路内固定方式治疗枢椎：有限元分析下的稳定性探索

不同前路内固定方式治疗枢椎椎体横行骨折合并Hangman骨折稳定性的有限元分析

一、研究背景与临床挑战

最近研究显示，枢椎（C2）骨折在临床治疗中面临两大难题：一是骨折类型复杂，如横行骨折与Hangman骨折同时存在；二是手术方式选择受限，传统后路固定虽然能提供稳定效果，却可能牺牲患者颈椎的生理活动功能。

以2025年最新数据为例，Hangman骨折占颈椎损伤的4%-7%，而枢椎椎体横行骨折仅占0.3%。但若两者合并出现，治疗难度会显著增加。这类骨折的治疗需要在保持颈椎功能的实现骨折断端的有效固定。此前临床多采用后路C1-C3或C0-C3/C4固定融合术，但这种方式会导致患者50%以上的旋转能力和20%的侧屈能力丧失。

二、模型建立与验证

研究团队选用了一位35岁的健康男性志愿者，身高173cm，体重68kg，无颈椎疾病史。16排螺旋CT扫描（层厚0.5mm）获取C0-C3节段的三维数据，利用Mimics、Hypermesh和ABAQUS等软件构建了包含椎间盘、韧带、关节软骨等精细结构的有限元模型（FE/Intact）。

为验证模型有效性，团队以1.5Nm力矩模拟正常颈椎的前屈、后伸、侧屈和旋转动作。经对比2025年国内外多项研究数据，发现该模型的活动度（ROM）与经典实验结果高度吻合，在C0-C1、C1-C2节段的应力分布特征上，与Brolin等研究的模型表现一致。

三、骨折模型与内固定方案

基于FE/Intact模型，团队弱化网格单元的方式模拟了LevineⅡ型Hangman骨折合并枢椎椎体横行骨折（FE/Fracture）。这种骨折在2025年文献中被描述为“三柱损伤”，即前后柱和中柱同时受损，导致骨折断端出现明显不稳定。

随后，团队设计了三种前路内固定方案：

1. FE/cage+ACFLP：仅使用C2/3椎间盘切除+椎间融合器（cage）+长钢板螺钉固定；


2. FE/AOSF+cage+ACFSP：加入齿状突螺钉固定，同时使用短钢板螺钉系统；


3. FE/AOSF+cage+ACFLP：加入齿状突螺钉固定，但采用长钢板螺钉系统。

这些模型的关键参数如cage尺寸（14×11×6mm）、螺钉材料（钛质，弹性模量110GPa）和钢板规格（短板25×12×1.5mm、长板35×12×1.5mm）均依据2025年临床实践标准设定。

四、生物力学稳定性对比

上述三种模型与正常颈椎模型（FE/Intact）的对比，2025年数据显示：

• FE/AOSF+cage+ACFLP的活动度最小，分别达到FE/Intact的60.5%（前屈）、70%（后伸）、66.7%（侧屈）、62.5%（旋转）；


• FE/AOSF+cage+ACFSP则表现较差，活动度高达FE/Intact的118.4%-175%，在侧屈和旋转方向上位移最大；


• FE/cage+ACFLP稳定性介于两者之间，在前屈和后伸方向活动度甚至超过其他两种模型（123.7%-143.3%）。

从骨折端位移来看，FE/AOSF+cage+ACFLP的控制效果最显著，其他两种则在特定方向存在明显不足。

五、内固定装置的力学表现

进一步分析三种模型的应力分布发现：

• 齿状突螺钉在前屈和后伸时应力集中显著，但旋转方向下的集中效应较弱；


• 长钢板螺钉系统在远端骨折块位移限制上有明显优势，但前屈和后伸方向未达到最佳；


• 短钢板系统虽然能改善部分方向的稳定性，却在侧屈和旋转方向效果有限。

2025年实验显示，FE/AOSF+cage+ACFLP的应力分布更为均衡，其椎体间cage承担了大部分载荷，而齿状突螺钉和长钢板形成协同支撑，这种设计更贴近实际手术需求。

六、临床意义与未来方向

2025年数据显示，FE/AOSF+cage+ACFLP是目前最具代表性的治疗方案。它既能将枢椎椎体骨折上下块有效连接，又能长钢板提供更强的结构支持。这种模式的优势在于：

• 微创性：前路手术相比后路创伤更小；


• 功能保留：有效限制了活动度，但仍保留了50%以上旋转功能；


• 个性化设计：可根据患者骨折平面和损伤程度调整固定方式。

2025年研究也指出了一些局限性。模型中采用的骨性接触模拟忽略了微动导致活动度数值偏小。颈椎退变等临床因素并未完全纳入分析。虽然有限元分析能提供重要的趋势性数据，但仍需结合尸体实验进一步验证。

七、总结与

综上，FE/AOSF+cage+ACFLP固定方式在治疗枢椎椎体横行骨折合并Hangman骨折时表现出的生物力学稳定性最为突出。这一结论对2025年临床医生具有重要参考价值：

1. 推荐优先使用齿状突螺钉+长钢板的组合，既能固定骨折断端，又不影响上颈椎整体功能；


2. 需注意个体差异，手术方案应结合患者具体伤情制定；


3. 有限元分析虽有效，但仍需与传统生物力学实验相互验证，以确保结果的临床转化可行性。

2025年最新研究验证，前路内固定技术在保留颈椎功能的能提供可靠的骨折稳定性。这对于提高手术成功率、减少并发症具有重要意义。未来，精细化建模和更贴近实际的参数设置将使这类研究为临床提供更多实用指导。