上胸椎椎板螺钉的生物力学研究

 目的比较上胸椎椎板螺钉(translaminar screw.TLS)、椎板关节突螺钉(translaminar facet screw.TLFS)和椎弓根螺钉(transpedicle screw.TPS)固定的拔出强度。方法取 9具新鲜尸体上胸段(T1~T3)完整脊柱标本.双能 X线骨密度仪测量后.游离成 3个独立完整节段(T1、T2、T3).在椎体两侧随机进行 TPS、标准 TLS和 TLFS置入.螺钉直径均为 4.0 mm。分别进行旋入扭距和拔出试验.比较三种固定方式的最大轴向扭矩和拔出力。结果上胸椎 TPS的平均最大扭矩为(0.40±0.01) N.m.TLS的平均最大扭矩为(0.35±0.01) N.m.TLFS的平均最大扭矩为(0.43±0.01) N.m;TPS与 TLS间差异无统计学意义(t=1.94,P >0.05).TPS与 TLFS间差异无统计学意义(t=-1.28, P>0.05).TLFS与 TLS间差异有统计学意义(t=-13.86, P0.05). TPS与 TLFS间差异无统计学意义(t=0.924, P >0.05).TLFS与 TLS差异有统计学意义(t=9.907, P约 0.05)。螺钉的旋入最大扭矩与螺钉的拔出力呈正相关性。结论上胸椎椎板螺钉、椎板关节突螺钉与椎弓根螺钉固定拔出强度差异并不明显。椎板关节突螺钉固定的拔出强度明显大于椎板螺钉。椎板螺钉和椎板关节突螺钉固定可以作为椎弓根螺钉固定的一种补充方法。     

股骨小转子缺损及复位固定的生物力学比较

[目的] 测试股骨小转子缺损及复位固定对股骨上端生物力学性能的影响,探讨股骨转子间骨折小转子固定的必要性.[方法] 采集国人新鲜股骨上段标本,模拟骨折造成股骨小转子缺损和股骨小转子广泛缺损以及重新将小转子复位螺钉固定,分别测量股骨上端的强度、刚度和扭转力学性能.[结果] 股骨小转子缺损和广泛缺损会导致股骨应力集中,强度分别增加31%、37%;股骨刚度分别下降29%、51%;股骨抗扭强度分别下降33%、54%.小转子固定后则应力集中下降25%、28%,刚度提高20%、31%,抗扭强度增加23%、29%,力学性能明显恢复.[结论] 股骨小转子缺损或广泛缺损,导致股骨抵御外载荷及抗扭力学性能显著下降.提示股骨转子间骨折治疗中小转子固定是不容忽视的因素.     

颈椎后凸畸形山羊动物模型:力学失衡及异常应力

背景:颈椎后凸畸形发生的同时其生物力学行为也发生变化,但关于颈椎后凸畸形动物模型的生物力学研究少见文献报道.目的:分析颈椎后凸畸形山羊动物模型的生物力学变化.方法:通过外加因素,模拟颈椎后凸畸形的形成病因,构建颈椎后凸畸形山羊的动物模型,并对颈椎后凸畸形山羊和正常山羊的新鲜颈椎标本作生物力学的对比研究,测量其三维运动范围和弯曲刚度.结果与结论:与正常山羊颈椎标本比较,颈椎后凸畸形山羊后凸范围在C2-5,颈椎后凸畸形山羊在C2/3～C4/5节段的三维运动范围明显减小,而在C5/6节段此差距明显缩小,在C6/7节段基本无差别,甚至会略大于正常山羊颈椎三维运动范围,在屈伸、左右侧屈、左右旋转运动中,旋转运动下降最多,旋转活动基本被限制;颈椎后凸畸形山羊在C2/3～C4/5节段的弯曲刚度明显增大,而在C5/6和C6/7节段两者较接近.反映了在施加实验因素后,羊的颈椎出现了生物力学的改变,羊颈椎在出现后凸畸形后变得僵硬了.结果提示后颈椎后凸畸形形成后,后凸节段颈椎的力学失衡和异常应力的存在造成颈椎关节的异常融合,导致了颈椎生物力学特征的改变.     

下颈椎前路椎弓根螺钉固定系统与普通前路椎体螺钉固定系统的静力学比较

目的：比较下颈椎前路椎弓根螺钉（ATPS）锁定固定系统和普通前路椎体螺钉（VBS）锁定固定系统的静力学特性。方法：采集新鲜颈椎标本16具,分解为C3.,4,C4,5,C5,6,C6,7共32个运动节段（functionalspinalunit,FSU）,其中C3,4,C4,5,C5,6,C6,7各8个。将其按照不同节段随机分成A、B两组,对所获标本椎间盘切除后模拟植骨,分别植入自行设计生产的下颈椎前路椎弓根螺钉配套钢板系统和普通颈椎前路椎体螺钉钢板系统。在生物力学试验机上行钢板的垂直拔出强度试验。结果：下颈椎前路椎弓根螺钉的最大轴向拔出力为（604．68±48．76）N,椎体螺钉为（488．24±32．42）N,两者比较差异有统计学意义（t=2．147,P〈0．05）,前路椎弓根螺钉固定系统与椎体螺钉固定系统在各FSU间差异无统计学意义（A组和B组的F值分别为2．27、2．05,P〉0．05）。结论：下颈椎前路椎弓根螺钉钢板系统的拔出力明显优于普通前路椎体螺钉钢板系统,从生物力学角度上来看具有应用可行性。     

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。     

应用三维有限元法评估聚甲基丙烯酸甲酯和磷酸钙骨水泥铸件的力学特征

目的:聚甲基丙烯酸甲酯和磷酸钙骨水泥作为经皮椎体后凸成形术填充物,应用三维有限元分析法比较两种材料治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的生物学效应。方法:实验于2003-03/09在南通医学院第一附属医院骨科和上海大学上海生物力学工程研究所合作完成。①利用WD-5型万能材料机测量聚甲基丙烯酸甲酯和磷酸钙骨水泥铸件力学性质。②选取骨质疏松患者1例(患者知情同意),排除其他疾患,应用CT扫描技术、图形数字化方法获取胸腰段的三维坐标,利用ANSYS5.0有限元分析软件等工具建立骨质疏松患者胸腰段的三维有限元模型。③模拟L1经皮椎体后凸成形术,对其和相邻椎体及椎间盘的负荷传递、应力、位移等进行分析。结果:①获取了精确的T11￣L3的多排螺旋CT扫描断层影像数据,经ANSYS5.0软件处理后得到4718个节点,1642个薄极单元,4495个八节点等参单元的骨质疏松患者胸腰段三维有限元力学模型。②采用聚甲基丙烯酸甲酯作为经皮椎体后凸成形术的填充物,比骨质疏松椎体应力增加了近15%。后部结构的应力平均增加13.2%,其中椎弓根增加5.9%,峡部增加6.25%,关节点增加27.6%。聚甲基丙烯酸甲酯在稳定椎体、恢复强度和刚度的同时,可能使其后部结构及相邻腰椎出现应力集中现象。③采用磷酸钙骨水泥作为椎体成形术填充物,比骨质疏松椎体应力平均增加了7%,应力集中现象明显小于聚甲基丙烯酸甲酯。结论:三维有限元力学分析表明两种材料均提高了椎体的抗变形能力,有利于椎体功能的重建。与聚甲基丙烯酸甲酯相比,磷酸钙骨水泥能减少成形椎体和相邻椎体之间的应力梯度,从长远看,能减少椎体退变和相邻椎体骨折的机会。     

温热灌注对大鼠肠组织吻合影响的生物力学特性研究

目的：研究腹腔温热灌注疗法对低位直肠切断－吻合术后大鼠直肠愈合的抗拉强度等生物力学性质的影响,同时对鼠肠的本构方程及其粘弹性性质进行深入的分析,为临床提供科学依据。方法：清洁级ＳＤ大鼠３２只,先进行直肠低位切断－吻合术,然后随机分为单纯切断－吻合对照组（Ａ）和腹腔温热灌注组（Ｂ）,于术后第５天、　第１５天取材进行生物力学实验。结果：灌注组的抗拉强度、增量弹性模量。粘弹性性能优于对照组,有显著性差异（Ｐ＜０．０５）。结论：采用腹腔温热灌注疗法对直肠癌低位吻合术后直肠组织的生物力学特性,不仅无不良影响,且有助于组织力学性能的改善。     

下颈椎经关节螺钉钢板固定的生物力学研究

目的:研究下颈椎单独经关节螺钉固定与经关节螺钉钢板固定的三维稳定性之间的差异。方法:12具新鲜人体颈椎标本,制成C4,5、C5,6节段三柱损伤模型。随机选取6具标本在C4,5、C5,6行单独经关节螺钉固定,另6具标本在C4,5、C5,6行经关节螺钉钢板固定。在非限制性和非破坏性的试验条件下测试它们在前屈、后伸、左右侧弯和轴向旋转运动状态的稳定性,分别测试标本损伤模型制作前完整标本组(A组)、单独经关节螺钉固定组(B组)和螺钉钢板组(C组)3组数据。结果:单独经关节螺钉固定组和经关节螺钉钢板固定组在各方向的运动范围(ROM)和中性区(NZ)的均数均小于完整标本组,差异有统计学意义(P0.05)。经关节螺钉钢板固定在前屈运动中的ROM和NZ与单独经关节螺钉固定比较,差异无统计学意义(P0.05);在后伸、左右侧弯和轴向旋转运动中,经关节螺钉钢板固定的稳定性优于单独经关节螺钉固定,差异有统计学意义(P0.05)。结论:下颈椎经关节螺钉钢板固定的稳定性优于单独经关节螺钉固定,在使用下颈椎经关节螺钉时,相对于单独螺钉固定,建议以螺钉钢板形式固定。     

髌股关节排列异常的生物力学特性变化的实验研究

目的：采用电测实验应力分析和压敏片测量技术相结合的方法,对髌股关节的运动肌群应力的变化特点、髌股关节接触面积和应力分布进行了一系列实验测试。材料与方法：采用8具人膝关节标本,保留关节囊及股四头肌机腱,髌股关节间隙内安放压敏片,肌腱上安放应力传感器,进行不同条件下的加载试验。结果：（1）股四头肌肌力对髌骨的稳定起重要作用。股内、外侧肌力不平衡（即股内侧肌肌力较弱）可使骸股关节接触压力和分布状态发生变化,使外侧髌股关节面接触压力升高。（2）在模拟髌股关节排列异常（髌骨外侧倾斜）的标本上,外侧髌股关节面接触压力及范围均明显增高,但髌骨固定在相对较小范围,使局部应力集中。（3）模拟外侧支持带松解的标本上,外侧关节接触压力和面积均有所下降,髌骨活动度增大,缓解了局部高接触压状态,但股四头肌肌力的不平衡仍影响髌骨的稳定。结论：股四头肌肌力不平衡对髌股关节接触应力和分布状态以及髌骨的位移范围均有较大影响,提示临床治疗中不应忽视对股四头肌肌力的恢复。     

Pyrford钢丝环扎张力带内固定治疗髌骨骨折的生物力学分析及临床研究

[目的] 测试Pvrford钢丝环扎加张力带内固定治疗髌骨骨折的生物力学特性，为临床治疗提供理论依据。[方法] 采集新鲜牛尸体膝关节标本，制成髌骨骨折模型，用Pyrford钢丝环扎加张力带固定，并与克氏针张力带、单纯钢丝环扎进行对照比较。[结果]Pyrford钢丝环扎加张力带内固定其强度和刚度相当于传统的8字形克氏针张力带，而且髌骨的应变、位移很小。临床应用Pyrford钢丝环扎加张力带内固定治疗髌骨骨折105例，随访6～23个月，优良率达98％。[结论]Pyrford钢丝环扎加张力带固定完全符合髌骨的生物力学性能，且能达到解剖复位，操作简便，固定牢固，适应早期功能锻炼的目的。