磷酸钙强化椎弓根螺钉的动态生物力学研究

目的 研究磷酸钙骨水泥强化椎弓根螺钉后生物力学强度的体内动态变化。方法 成年雌性绵羊12只,年龄4～6岁;体重33～45Kg。经每只羊的L1～L6椎体双侧椎弓根,分直接植入、CPC强化和PMMA强化三种植钉方法植入椎弓螺钉,每只动物体内植钉方法按平衡不完全随机进行分配,每种方法各植4枚。植钉后动物被随机分配至术后1d,4w,12w和24w四个观察时间点,每点3只。在观察点获取植钉腰椎标本,测定螺钉的轴向拔出力和拔出能量吸收值,进行相同时间点各植钉方法之间和同一植钉方法各时间点之间的指标对比分析。结果 四个观察时间点动物的骨密度按序依次是,0.923±0.082g/cm2,0.910±0.098 g/cm2,0.952±0.123 g/cm2和0.912±0.126 g/cm2,组间均未见显著差异（P﹥0.05）。在术后1d,4w,12w和24w四个观察时间点CPC强化组的最大轴向拔出力（Fmax）依次是,893.13±63.91N,916.50±109.88N,1022.04±73.85N和1104.91±112.33N。拔出能量吸收值（EAV）与相应的Fmax呈正相关（P﹤0.001）。同一方法各时间点内的Fmax 和EAV均无显著性差异（P﹥0.28）。相同时间点,CPC强化组的Fmax和EAV均显著高于对照组（P﹤0.001）。另外,除24周的EAV二者无差异（P﹥0.18）外,PMMA强化组两项指标均高于CPC强化组（P﹤0.003）。结论 结果表明用CPC强化能显著提高椎弓根螺钉的固定强度,且强化作用在体内是动态稳定的。在椎弓根螺钉强化方面,CPC是PMMA理想的替代材料。     

变牙厚椎弓根螺钉的生物力学测试

目的　评价不同变牙厚椎弓根螺钉（transitional thread pedicle screw, TTPS）对螺钉拔出力的影响。 方法 取新鲜小牛胸腰椎标本（T11~L4）5具,共30个椎体(60侧椎弓根),剔除周围肌肉、筋膜,注意保持骨结构完整,解离成单个椎骨。平均骨密度为（1.186±0.182）g/cm2。TTPS规格有6种：A0（牙厚保持不变）、A1（逐牙加厚0.01mm）、A2（逐牙加厚0.02 mm）、A3（逐牙加厚0.03 mm）、A4（逐牙加厚0.04 　mm）、A5（逐牙加厚0.05 mm）。每种螺钉随机置入10侧椎弓根,将标本包埋好并用夹具固定在材料试验机上,设置椎弓根螺钉长轴与拔出力轴线方向重合。设置材料试验机加载速率为0.08 mm/s进行拔出实验,结果输出拔出力-位移曲线、最大轴向拔出力（Fmax）。计算拔出刚度。 结果　A0至A5 6种螺钉的最大轴向拔出力分别为（983.99±324.19）、（1119.84±362.47）、（1067.67±398.00）、（900.04±255.89）、（799.07±406.79）、（850.71±408.11）N。6种不同规格TTPS轴向拔出力间无显著差异（组间差异P=0.216）。6种不同规格的TTPS的拔出刚度间无显著差异（组间差异P=0.07）。 结论　小范围增加螺纹牙厚,对椎弓根螺钉抗拔出力没有显著影响。     

椎弓根螺钉在骨矿量下降椎体中应用的生物力学研究

目的通过对5种不同型号椎弓根螺钉(U1、U2、SF1、SF2、RF)在脊柱标本中内固定稳定性的生物力学测试,探讨螺钉设计参数、拧紧力矩同骨密度之间的关系,为临床骨质疏松患者应用椎弓根螺钉提供理论依据。方法采集腰椎标本6具,按骨密度ρ分正常组(ρ>1.00g/cm2)、骨矿量下降组(0.90g/cm2<ρ<1.00g/cm2)和骨质疏松组(ρ<0.90g/cm2),应用WD鄄10A万能实验机,测定不同骨密度下螺钉设计参数、拧紧力矩等对椎弓根螺钉内固定稳定性的影响。结果5种不同型号椎弓根螺钉(U1、U2、SF1、SF2、RF)固定的脊柱标本,其拔出力之间存在显著性差异(P<0.05)。骨密度的大小直接影响螺钉内固定的强度(以拔出力的大小衡量),正常组、骨矿量下降组与骨质疏松组之间存在着显著性差异(P<0.05)。椎弓根螺钉内固定的强度与拧紧力矩大小存在正相关关系,与骨密度也存在正相关(r=0.936)。在骨矿量相对下降的标本中,5种螺钉中U2的拔出力最大。结论螺钉的类型、被固定标本的骨密度同固定的稳定性密切相关。骨密度与最大拔出力、拧紧力矩具有正相关性.“U”型钉在对骨矿量下降标本的固定中具有一定优势。     

椎弓根螺钉螺杆形状对其生物力学性能影响的研究

目的比较椎弓根螺钉螺杆形状对其生物力学性能的影响。方法6具成人新鲜T9-L5脊椎标本分解为54个椎体试验标本,随机选取一侧按标准方法放置特制试验用直径5.5mm锥形螺钉,然后在MTS力学试验机上先后测量其最大扭力矩和最大拔出力,在对侧以同样的方法进行5.5mm柱形螺钉的实验。然后在腰段进行6.25mm及7.0mm螺钉的翻修。结果在下胸段,锥形螺钉的最大扭力矩(1.445±0.66)N.m显著大于柱形螺钉(1.073±0.42)N.m(P<0.05);而在腰段,锥形螺钉最大扭力矩(1.017±0.43)N.m和柱形螺钉最大扭力矩(1.128±0.50)N.m相比没有明显差异(P>0.05)。无论在下胸段还是腰段,锥形螺钉与柱形螺钉的最大拔出力相比均无显著性差异。柱形椎弓根螺钉的最大扭力矩与最大拔出力呈正相关(r=0.629),锥形螺钉的最大扭力矩与最大轴向拔出力的相关性不显著(r=0.179)。不同形状的螺钉在其达到最大拔出力时的位移无显著差异。结论相同直径的锥形与柱形螺钉的最大拔出力相近,且锥形螺钉在其直径与椎弓根内径相近时具有较高的扭矩。螺钉的最大扭力矩与最大拔出力的相关关系要视螺钉的类型而定。     

骨水泥在骨质疏松椎体中强化和翻修椎弓根螺钉的生物力学研究

目的:评价纳米羟基磷灰石骨水泥(Nano-HAC)在骨质疏松椎体中强化和翻修椎弓根螺钉的作用。方法:采用4具女性尸体椎骨,CT扫描测量胸腰椎骨密度(BMD)。其中两套胸腰椎的BMD属Ⅱ级骨质疏松,为1组;其余两套胸腰椎属Ⅲ级骨质疏,为2组。用丝锥在两侧椎弓根攻出导孔,随机选择一侧置入AF螺钉为对照侧,另一侧注入Nano-HAC3ml,然后拧入AF螺钉作为强化侧。在室温下保存24h后测量两侧椎弓根螺钉的最大轴向拨出力(F-max)。用Nano-HAC翻修对照侧钉道,植入同样大小的AF螺钉为翻修侧,室温下保存24h后测量翻修侧椎弓根螺钉的F-max。结果:在1组中强化侧和翻修侧椎弓根螺钉的F-max分别为:(841.00±27.35)、(830.00±19.54)N,与对照侧(494.00±11.66)N比较分别提高了70.2%和68.01%,差别有显著性意义(P<0.01);2组对照侧、强化侧、翻修侧F-max分别为(419.00±13.33)、(778.00±27.90)、(771.00±26.44)N,强化侧较对照侧增加了86%,翻修侧较对照侧增加了84%,差异有显著性(P<0.05)。结论:Nano-HAC在Ⅱ、Ⅲ级骨质疏松椎体中有良好的强化和翻修椎弓根螺钉作用,F-max可达到或接近正常稳定性水平。     

椎体骨微结构参数与椎弓根螺钉固定强度的相关性

目的 测量不同骨密度（bone mineral density, BMD）条件下椎体松质骨显微结构参数,并与椎弓根螺钉拔出力作相关性分析,以了解与螺钉稳定性相关的骨显微结构参数,进一步明确螺钉松动的原因。方法 采用新鲜尸体脊柱标本,根据BMD检测结果,按临床诊断标准分为骨质正常、骨量减少、骨质疏松和重度骨质疏松4个水平。然后植入椎弓根螺钉,进行螺钉轴向拔出实验,测定最大拔出力（maximum pullout strength, MPS）。收集螺钉拔出实验后椎体标本,在椎体中央部钻取松质骨柱状样本,对样本进行显微CT扫描,获取椎体松质骨显微结构参数,并进行各项指标的不同BMD水平间的比较分析,在了解这些指标随骨质疏松程度加重的变化规律的基础上,再对骨显微结构参数与所对应的螺钉MPS开展相关性分析。结果BMD水平从正常下降到重度疏松程度,MPS随之显著性下降。随BMD水平的依梯次下降,即骨质疏松程度进行性加重,椎体松质骨显微结构参数发生相应明显变化,存在BMD水平间的显著性差异。广泛的相关性存在于BMD、显微CT参数和螺钉MPS指标之间。其中,螺钉MPS与显微CT扫描所得的骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）和小梁间隙（Tb.Sp）呈高度相关性。结论 随BMD下降,骨组织会同时发生质的退变;螺钉MPS与部分骨显微结构参数高度相关。     

椎弓根螺钉置入椎体深度与其稳定性的生物力学分析

BACKGROUND: Effects of pedicle screw placement on fracture reduction or stability of mechanics are influenced by various factors. Pedicle screw fixation failure is mainly due to fracture, loosening and fatigue. The main influential factors for biomechanical stability of pedicle screw are length and diameter. The research on the depth is less.  OBJECTIVE: To analyze the relationship between pedicle screw placement depth of vertebral body and the fixed stability based on the biomechanics. METHODS: A model of single vertebral compression fractures was made in 15 pigs aged 5 months on L2 vertebral specimen. According to the length of anteroposterior diameter, vertebral pedicle screws were inserted in different depths (80%, 90% and 100% of anteroposterior diameter). After fixation, specimens were loaded 10 000 times at the frequency of 0.5 Hz (340±125) N on a WDT-10KN type universal material testing machine. Ranges of motion at anteflexion, backward extension, left bending and right bending and the maximum axial pullout force were measured in each group, and the difference of intergroup data was compared.  RESULTS AND CONCLUSION: (1) Ranges of motion at anteflexion, backward extension, left bending and right bending in each group were significantly smaller in the 100% and 90% groups than in the 80% group (P < 0.05), and above parameters were smaller in the 100% group than in the 90% group (P < 0.05). (2) After fatigue test, the maximum axial pullout force was significantly larger in the 100% and 90% groups than in the 80% group (P < 0.05), and above data were significantly larger in the 100% group than in the 90% group (P < 0.05). (3) Results indicate that the depth into the vertebral body was significantly associated with its fixed stability. The deeper the depth into the vertebral body, the stronger the vertebral stability was: 100% group > 90% group > 80% group.       

骨水泥强化椎弓根螺钉在骨质疏松性胸腰椎中的生物力学进展

椎弓根螺钉内固定系统为治疗骨质疏松性胸腰椎退行性疾病的主要装置。然而,骨密度的严重丢失造成骨质疏松性椎体对椎弓根螺钉的固定强度下降,内固定失败的发生率显著增加。骨水泥强化椎弓根螺钉技术是一种改善骨质疏松性胸腰椎术后内固定生物力学稳定性的有效方法,大量研究证明其能显著增加椎弓根螺钉的固定强度,但存在骨水泥渗漏等风险。本文从骨水泥强化椎弓根螺钉技术展开分析,对骨水泥强化椎弓根螺钉的适应证、骨水泥强化椎弓根螺钉的生物力学变化、骨水泥增强材料、注入体积及分布进行介绍,并对新型骨水泥材料及螺钉设计做了展望。     

MIIGX3强化椎弓根螺钉固定的生物力学研究

评价MIIGX3(minimally-invasive injectable graft X3)对椎弓根螺钉固定骨质疏松椎体的强化作用.在2组(A、B组)女性骨质疏松尸体椎骨的一侧直接置入椎弓根螺钉作对照(对照侧),另一侧注入MIIGX3后再置入螺钉作强化固定(强化侧).A组于置入椎弓根螺钉30 min后行拔出实验,B组于置入椎弓根螺钉24 h后行拔出实验,各测得一组椎弓根螺钉的最大轴向拔出力(F-max).结果表明:A组F-max对照侧和强化侧为587.43±29.97 N及963.14±48.25 N,B组F-max对照侧和强化侧为604.29±16.38 N及1135.43±64.60 N;强化侧和对照侧比较,2组均存在显著性差异(P＜0.01).说明MIIGX3能够加强椎弓根螺钉对骨质疏松椎体的固定作用.     

椎弓根螺钉内固定稳定性的生物力学测试

目的：胸腰椎骨折采用椎弓根螺钉内固定，其疗效与螺钉固定的长度，螺钉的植入方向以及骨密度大小诸因素相关，为此进行生物力学分析，为临床手术提供依据，方法：采用6具成人新鲜脊柱标本，应用实验应力分析手段进行测试。结果：长螺钉的应变比短螺钉应变在压缩，前屈，后伸，侧屈分别小16％，41％，56％，41％，其强度分别提高16％，41％，55％，41％，其脊柱位移分别小18％，25％，32％，30％，轴向刚度分别提高18％，25％，32％，30％（P均＜0．05），骨密度对拔出力的影响，正常组与骨质疏松组相差67％，相应的相对位移，应变，能量两组平均相差均在16％以上（P＜0．05），结论：手术中应注意弓椎根螺钉固定相关因素，这对提高手术质量，减少并发症起着重要作用。     

膨胀式带锁加压钉治疗股骨颈骨折的生物力学研究

目的：探讨采用膨胀式带锁加压钉治疗股骨颈骨折的生物力学性能，为临床应用提供科学依据。方法：采集8具新鲜成人尸体股骨标本，造成股骨颈骨折后，分别以膨胀式带锁加压钉（HZS），单枚双头加压螺钉（OCS），双头加压子母螺钉（TCS）和三枚空心加压螺钉（TECS）在解剖复位后作内固定，通过生物力学测试，对四种内固定器的生物力学性能作比较分析。结果：采用HZS固定股骨颈骨折，不仅使股骨颈在抗压，抗弯，抗剪和抗扭等生物力学性能上特别优越，而且使骨折断端嵌插紧密，有利于骨折愈合。结论：膨胀式带锁加压钉内固定不但符合生物力学原理，而且比其它内固定更优越，是一种理想的新型内固定器械。     

骨制松质骨螺钉的生物力学性能实验研究

目的探讨骨制松质骨螺钉的生物力学性能。方法牙形角50°螺钉为实验组,牙形角38°螺钉为对照组。分别对骨制松质骨螺钉的抗拔力、抗扭转力、界面应力进行实验研究和摩擦系数、应变能密度因子等进行力学分析。结果研制的方头骨螺钉（牙形角50°）与一字槽骨螺钉（牙形角38°）有显著性差异（P＜0.01）。结论大角度螺纹角抗损伤能力强,方头骨螺钉与周围松质骨组织嵌合紧密,是关节内骨折的有效内固定物。     

交锁加压髓内钉固定股骨骨折的生物力学试验与临床应用

本院研制的新型交锁加压髓内钉能广泛应用于股骨干稳定与不稳定骨折,且具有动力稳定性。本生物力学试验采用七具男新鲜湿润尸体股骨,使用新型交锁加压髓内钉固定,与国外GK钉比较,并与国内广泛采用的梅花钉比较。结果表明其极限承载能力、强度、刚度均高于GK钉与梅花钉。三者具有显著性差异(P<0.01)。新型交锁加压髓内钉经临床应用三十余例证明疗效显著,无生物应力遮挡作用,且具有安全,可靠,操作简单特点。     

糖皮质激素对大鼠股骨及腰椎的生物力学影响

目的：从生物力学角度研究ＧＣ对大鼠皮质和松质骨的影响。方法：采用３月龄♂ＳＤ大鼠１９只,随机分为基础对照组、年龄对照组和激素模型组后者灌喂醋酸泼尼松４．５ｍｇ／ｋｇ,２次／周。３个月后取股骨和第３～５腰椎行股骨干的扭转、三点弯曲和腰椎的压缩试验。结果：激素模型组与年龄对照组比较,股骨干在三点弯曲试验时所随的载荷减少了１７．１％（Ｐ〈０．０５）,无椎弓的椎体压缩试验时所随的载荷减少了２９．９％（Ｐ〉     

钛合金自攻骨钉力学方程验证及力学性能分析

目的 验证推导的骨钉力学性能公式有效性,分析骨钉参数对其力学性能的影响.方法 建立骨钉-聚氨酯泡沫块的物理模型,推导骨钉自攻性能和拔出性能的计算公式;用聚氨酯泡沫块模拟人骨,参考ASTM F543-07金属医用骨钉标准规范,用Instron E3000力学试验机对抽选的锥形头浅螺纹锁定接骨螺钉(head shallow...     

股骨头松质骨力学性质实验研究

目的 研究股骨头松质骨力学性质，为临床提供生物力学参数。方法 对正常国人新鲜尸体股骨头松质骨的拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、冲击力学性能进行实验研究。结果 得出了股骨头松质骨的拉伸、压缩破坏载荷、强度极限、弹性模量，扭转破坏扭矩、扭转剪切强度极限，弯曲破坏载荷、弯曲强度极限、剪切破坏载荷、剪切强度极限，冲击功、冲击韧性等测试指标的实验结果。结论 股骨头松质骨抗压强度大于抗拉强度，压缩弹性模量大于拉伸弹性模量，扭转强度大于剪切强度，抗弯强度与抗压强度接近。     

中空滑动母子钉板治疗股骨颈骨折的生物力学研究

目的：了解中空滑动母子钉板（MRP）固定股骨颈骨折的生物力学特性。材料与方法：8具新鲜成人尸体股骨标本,造成股骨颈骨折后分别以MRP、TSP及TGP固定,通过生物力学测试对三种内固定器的力学特性作比较分析。结果：股骨颈骨折以MRP固定后,抗剪切能力,轴向刚度和弯曲刚度明显优于TSP和TGP固定。结论：采用中空滑动母子钉板固定股骨颈骨折,符合生物力学原理,具有良好的推广应用价值。     

整月龄胎儿骨矿含量的研究

用单光子吸收测定仪对４４例整月龄正常胎儿股骨中段的骨矿含量进行测定。结果表明：骨矿含量、骨宽度和骨密度随胎龄的增加而增加。ＢＭＣ、ＢＭＣ／ＢＷ在４－７月胎龄为加速增长期，７月龄以后为迟缓增长期；ＢＷ在４－５胎胎龄增长速度快，５月胎龄以后较慢、但仍以相对稳定的速度增长。