通用型脊柱内固定系统椎弓根螺钉翻修作用的生物力学研究

目的测试自行设计的通用型脊柱内固定系统(generalspinesystem,GSS)椎弓根螺钉以及SOCON、TSRH和Diapason螺钉置入椎体的拔出力及旋入力矩,评价GSS螺钉的翻修作用。方法将36个正常成人腰椎椎体标本随机分为三组,每组12个椎体(24侧椎弓根)。各组标本每个椎体的每侧椎弓根均先拧入CCD螺钉(直径6.0mm,长45mm),行螺钉拔出试验,测试并记录螺钉的最大旋入力矩和最大轴向拔出力。然后各组标本每个椎体均随机选择一侧椎弓根经原钉道拧入GSS螺钉(直径6.5mm,长45mm);第一组另一侧拧入SOCON螺钉(直径7.0mm,长45mm),第二组另一侧拧入TSRH螺钉(直径7.0mm,长45mm),第三组另一侧拧入Diapason螺钉(直径6.7mm,长45mm)。分别测试螺钉最大旋入力矩及最大轴向拔出力。结果第一组GSS螺钉最大轴向拔出力为CCD螺钉的114%,SOCON螺钉为CCD螺钉的108%;GSS螺钉最大轴向拔出力大于SOCON螺钉,差异无显著性(P>0.05);GSS螺钉最大旋入力矩小于SOCON螺钉,差异无显著性(P>0.05)。第二组GSS螺钉最大轴向拔出力为CCD螺钉的127%,TSRH螺钉为CCD螺钉的64%;GSS螺钉最大轴向拔出力大于TSRH螺钉,差异有显著性(P<0.01);GSS螺钉最大旋入力矩大于TSRH螺钉,差异有显著性(P<0.01)。第三组GSS螺钉最大轴向拔出力为CCD螺钉的122%,Diapason螺钉为CCD螺钉的8     

新型经皮椎弓根螺钉系统的设计与生物力学测试

目的 评估新型经皮椎弓根螺钉系统设计的合理性和临床操作可行性.方法 取6具经甲醛处理的完整尸体标本,模拟临床手术操作安放新型经皮椎弓根螺钉系统(A组),以传统经皮椎弓根螺钉系统为对照(B组).应用新型经皮椎弓根螺钉系统在新鲜小牛腰椎压缩性骨折模型上行撑开操作.分别以单向螺钉、改良螺钉和万向螺钉跨节段固定骨折,测量固定节段的三维稳定性.结果 A组平均手术时间(38.2±6.20)min,B组(56.4±12.8)min,差异有统计学意义(P<0.05).A组螺钉位置优良率91.7%,B组95.8%,差异无统计学意义.新型椎弓根螺钉系统对三种螺钉均具有良好的撑开功能,改良螺钉和单向螺钉主要撑开椎体前柱,两者差异无统计学意义;万向螺钉主要撑开椎体中、后柱,对前柱撑开效果较其他两种螺钉差(P<0.05).三组固定节段在完整状态和骨折状态的屈伸、左右侧弯及旋转运动范围无统计学差异.改良螺钉和单向螺钉固定后固定节段有相似的三维稳定性;万向螺钉屈伸稳定性较改良螺钉差(P<0.05),而侧弯和旋转稳定性与其他两组接近.结论 改良螺钉能有效撑开椎体前柱,螺钉-棒系统可对固定节段提供稳定性.新型经皮椎弓根螺钉系统具有临床操作可行性.     

聚甲基丙烯酸甲酯强化和修复椎弓根螺钉的生物力学研究

目的 评价聚甲基丙烯酸甲酯（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ,ＰＭＭＡ）强化和修复椎弓根螺钉固定的生物力学效果。方法 ８具成人新鲜腰椎骨Ｌ３－５,随机选择一侧椎弓根放置直径为６．０ｍｍ的ＣＣＤ（ｃｏｍｐａｃｔＣＤ）椎弓根螺钉,另一侧以直径为３．５ｍｍ的钻头导孔,均不穿透椎体前皮质。在材料试验机上进行椎弓根螺钉拔出实验,拔出速率为５ｍｍ／ｍｉｎ。然后沿椎弓根孔道注入ＰＭＭＡ粉和水按体积１     

基于椎弓根螺钉的新型聚醚醚酮树脂动态稳定内固定系统的生物力学评价

目的 评价一种基于椎弓根螺钉的新型聚醚醚酮树脂(PEEK)动态稳定内固定系统的生物力学特性. 方法 将整套测试装置加载于试验机上进行静态测试(压弯、拉伸和扭转)和疲劳测试.静态压缩弯曲与拉伸弯曲试验采用位移控制加载,以25 mm/min速率将内固定系统压或拉至破坏;静态扭转试验采用扭转角度控制加载,以60°/min的速率将结构物扭转至极限状态.疲劳试验采用载荷控制的压弯疲劳加载,加载的波形为正弦波,加载频率为5 Hz,载荷比为10,循环极限次数为500万次. 结果 PEEK动态稳定内固定系统静态压缩弯曲2％变形位移为1.52 mm,弹性位移为(6.39±1.80) mm,屈服载荷为(1505.86±189.17)N,压弯刚度为(236.16±59.64) N/mm,极限载荷为(1649.05±206.46)N;静态拉伸弯曲2％变形位移为1.52 mm,弹性位移为(24.86±5.71) mm,屈服载荷为(2041.50±605.80)N,拉弯刚度为(28.70±7.47) N/mm,极限载荷(2424.51±625.82) N;静态扭转2％变形角位移为1.95°,弹性角位移为8.73°±3.69°,屈服扭矩为(6.48±1.93)N·m,扭转刚度为(0.73±0.20) N/mm,极限扭矩为(9.31±1.12)N·m.脊柱内固定系统疲劳极限载荷参考值为1000 N. 结论 PEEK动态稳定内固定系统具有较好的动态稳定性,且能保留固定节段活动度.     

膨胀式脊柱椎弓根螺钉固定的生物力学研究

目的:测试膨胀式椎弓根螺钉(expansivepediclescrew,EPS)的骨-器械界面强度及耐疲劳强度,评价EPS的脊柱后路固定强度。方法:100个新鲜小牛腰椎随机分成A、B、C三组,以USS,Tenor,CDH螺钉为对照螺钉,分别对EPS进行最大旋出力矩实验、轴向拔出实验和翻修实验,记录最大旋出力矩(Tmax)、最大轴向拔出力(Fmax)和翻修后最大轴向拔出力。并在超高分子聚乙烯材料上对螺钉进行150万次的周期载荷疲劳实验。结果:EPS的Tmax、Famx显著大于三种对照螺钉(P<0.01)。EPS翻修时的Fmax亦显著高于对照螺钉(P<0.05)。150万次周期载荷疲劳实验完成后,四种螺钉均未出现疲劳折断现象。结论:EPS较目前常使用的非膨胀椎弓根螺钉有更好的脊柱固定作用及翻修性能,其耐疲劳强度与其它三种螺钉相当。     

颈椎经关节椎弓根螺钉固定与标准椎弓根螺钉固定的生物力学比较

目的 比较颈椎经关节椎弓根螺钉固定和标准椎弓根螺钉固定的拔出强度.方法 取10具新鲜尸体颈椎标本(C_3～T_1),游离成三个颈椎运动节段(C_(3,4),C_(5,6),C_7T_1).在椎体两侧随机进行经关节椎弓根螺钉固定或标准椎弓根螺钉固定,置入直径3.5 mm皮质骨螺钉.经关节椎弓根螺钉固定以上位椎骨侧块外下象限中点为进钉点,在直视椎弓根下,螺钉在冠状面内倾约45°、矢状面尾倾约50°.由上位椎骨下关节突经关节突关节、下位椎骨的椎弓根,进入下位椎骨的椎体内.标准椎弓根螺钉固定以侧块外上象限中点为进钉点,在直视椎弓根下,螺钉方向参考CT测量结果 ,尽量与椎弓根倾斜角度保持一致,在横断面上内倾约45°、矢状面上螺钉指向椎体的上1/3.在生物力学试验机上行拔出强度试验,比较两种螺钉固定的最大轴向拔出力.结果 颈椎经关节椎弓根螺钉固定平均最大轴向拨出力为(694±42)N,标准椎弓根螺钉固定为(670±36)N,两者比较差异有统计学意义(P<0.05).结论 颈椎后路经关节椎弓根螺钉固定的拔出强度大干标准椎弓根螺钉固定,从生物力学强度方面考虑经关节椎弓根螺钉固定可以作为标准椎弓根螺钉固定的一种补充方法.     

椎弓根内固定技术的远期疗效评价

目的评价椎弓根内固定技术治疗不同类型脊柱疾患的临床效果及安全性.方法回顾分析475例各种脊柱疾患经椎弓根内固定手术的临床资料,其中男216例,平均年龄(49.1±16.5)岁;女259例,平均年龄(48.7±13.9)岁.包括腰椎滑脱217例,腰椎管狭窄76例,退变性腰椎不稳32例,胸腰椎骨折72例,脊柱侧凸60例,其他18例.采用椎弓根内固定技术包括Dick 55例,Steffee79例,CD 54例,RF 82例,DRFS 59例,TSRH 29例,USS 19例,SOCON 44例,Dynalock 24例,Diapson22例,Tenor 5例,CDH 3例.融合范围一个节段310例,二个节段96例,三个节段9例,与钩合用60例.结果428例(占90.1%)获(6.0±3.7)年随访.退变性腰椎滑脱、峡部裂性腰椎滑脱、腰椎管狭窄、退变性腰椎不稳及胸腰椎骨折患者术后的神经功能改善率分别为79.9%、87.9%、77.0%、89.3%和62 7%;脊柱活动改善率分别为90.5%、90.9%、83.6%、92.9%和52.5%;腰背痛改善率分别为89 9%、87.9%、85.2%、89.3%和84.8%;下肢疼痛改善率分别为93 9%、90 9%、93.4%、92.9%和79 7%.退变性腰椎滑脱、峡部裂性腰椎滑脱及胸腰椎骨折的椎体复位满意率分别为90.5%、87 9%和91 5%.SOCON技术对滑脱椎体复位满意率最高,为92.3%;其次是RF,为90.8%;Dick、Steffee及DRFS技术复位满意率为81.2%;其余内固定技术对滑脱椎体的复位均不满意.并发症共90例,其中术中并发症26例,发生率为6.1%;术后并发症64例,发生率为1 5 0%.结论椎弓根内固定技术可提供短节段脊柱内固定,临床效果满意,脊柱融合率高,并发症的发生与掌握椎弓根内固定技术的熟练程度有关.     

经皮椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎骨折的生物力学及临床研究

 目的 通过生物力学测试及临床应用对经皮跨伤椎四钉内固定(万向钉固定)与开放手术四钉内固定(单向钉固定)进行比较。方法 取 12具新鲜冰冻小牛腰椎标本 L1~L5节段,随机分为单向钉固定组与万向钉固定组。制备腰椎前中柱损伤模型,比较两组在模型上的运动范围。分别应用 Sextant经皮跨伤椎四钉内固定与开放跨伤椎四钉内固定治疗无神经功能损伤的胸腰椎骨折 25例和 35例,观察其中随访超过 12个月的 11例和 18例的即时复位效果、矫正度丢失情况。结果 (1)生物力学试验院万向钉固定组在各个方向的运动范围均大于单向钉固定组,其中在前屈、后伸方向的差异有统计学意义; 单向钉固定组在前屈、后伸、侧屈方向上的稳定性较完整标本大,差异有统计学意义; 万向钉固定组在前屈、后伸方向上的稳定性与完整标本比较差异无统计学意义。(2)临床应用院两组术前、术后伤椎前缘高度、矢状位 Cobb角的组间差异均无统计学意义; 两组术后伤椎前缘高度、矢状面 Cobb角与术前比较差异均有统计学意义; 末次随访时经皮跨伤椎四钉内固定组伤椎前缘高度丢失(9.9%±5.1%)大于开放跨伤椎四钉内固定组(5.3%±6.8%)。结论 应用 Sextant系统经皮椎弓根螺钉内固定治疗无须神经减压的胸腰椎骨折较开放手术创伤小,但随访中伤椎前缘高度丢失明显。生物力学试验显示其在前屈、后伸运动方向上的强度较弱。     

颈椎经关节椎弓根螺钉固定与标准椎弓根螺钉固定的生物力学比较

Objective To compare biomechanical pullout strength of cervical transfacet pedicle screws to that of standard pedicle screws. Methods Ten fresh human cadaveric cervical spines were harvested. On one side, transfacet pedicle screws were placed at the C3,4, C5,6, and C7T1 levels. On the other side, pedicle screws were, placed at the C3, C5, and C7 levels. The screw insertion technique at each level was randomized for right or left. The starting point for the transfacet pedicle screw insertion was about located at the midpoint of the inferolateral quadrant of the lateral mass and the direction of the screw was about 50° caudally in the sagittal plane and about 45° medially in the axial plane. Screws were placed across the facet joint and the pedicle into the body of the caudal vertebra. The entry points for pedicle screw was located at the midpoint of the superolateral quadrant of the lateral mass and the direction of the screw was about 45° toward the midline in the transverse plane and toward the upper third of the vertebral body in the sagittal plane. The pedicle screws were oriented along the axis of the pedicle in an effort to avoid violations of the cortical wall. All the screw insertions were based on direct observation and the CT scan on the pedicles. After screw placement, axial pullout testing was performed. Results The mean pullout strength for the transfacet pedicle screws was (694±42) N. This compares with (670±36) N for the pedicle screws (P< 0.05). The greatest difference at a single level in pullout strength was observed at the C5,6 level, with a mean difference of 38 N. Conclusion Transfacet pedicle screws exhibited statistically greater pullout strength to pedicle screws. At each level the transfacet pedicle screws exhibited greater pullout strength than the pedicle screws. Posterior transarticular pedicle screw fixation in the cervical spine affords an alternative to standard screw placement for plate fixation and cervical stabilization.     

通用型脊柱内固定系统稳定性的生物力学评价

目的　评价通用型脊柱内固定系统经椎弓根内固定装置的生物力学稳定性。　方法取 12具正常成人新鲜尸体T12 ～S3 节段脊柱标本 ,制成L2 3 、L4 5滑脱模型 ,测试标本在正常、滑脱、通用型脊柱内固定系统 (generalspinesystem ,GSS)与SOCON固定后、疲劳试验后、GSS与SOCON翻修后、再次疲劳试验后 6种请状况下的三维运动状况 ,比较各个工况数据的差异。　结果　L2 3 节段 ,正常状态前屈运动范围平均值为 8 3° ;制成滑脱标本后 ,运动范围平均值为 14 7° ;SOCON固定后 ,节段运动范围减至 3 0°,比正常状态的运动范围减小 ,差异有显著性意义 (P <0 0 5 ) ,说明SOCON固定后可产生明显的即刻稳定作用。疲劳试验后节段运动范围平均值为 3 6°,与正常状态比较 ,差异有显著性意义 (P <0 0 5 ) ,说明经过疲劳试验SOCON固定仍有良好的稳定作用。L4 5节段 ,正常状态前屈运动范围平均值为 8 6°;制成滑脱标本后 ,运动范围平均值为 13 7° ;GSS固定后 ,节段运动范围减至 3 2°,该节段的稳定性得到加强 ,运动范围比正常状态时还要小 ,差异有显著性意义 (P <0 0 5 ) ,说明GSS固定后可产生明显的即刻稳定作用。疲劳试验后节段运动范围平均值为 3 7°。与正常状态比较 ,差异有显著性意义 (P 相似文献   

膨胀式脊柱内固定系统椎弓根螺钉翻修作用的生物力学研究

目的：评价自行设计的膨胀式脊柱同定系统（expansive spinal fixation system，ESFS）的椎弓根螺钉对椎弓根螺钉固定失败后的翻修作用。方法：将30个深低温冰冻的正常成人腰椎体标本随机分为A、B、C三组．每组10个椎体（20侧椎弓根）。各组标本每个椎体的两侧椎弓根均先拧入直径6．0mm、长45mm的CD-Ⅱ螺钉．行螺钉拔出试验，记录螺钉的最大旋入力矩和最大轴向拔出力。然后将CD-Ⅱ螺钉拔出，各组标本每一椎体随机经一侧椎弓根原钉道拧入直径7．0mm、长45mm的ESFS螺钉；A组另一侧椎弓根拧入直径7．0mm、长45mm的CD-Ⅱ螺钉，B组另一侧拧入直径7．0mm、长45mm的TSRH螺钉．C组另一侧拧入直径7．0mm、长45mm的GSS螺钉。分别测试螺钉最大旋入力矩和最大轴向拔出力。结果：A、B、C三组的ESFS螺钉最大轴向拔出力分别为6mm CD-Ⅱ螺钉的113％、110％和112％，而直径7．0mm、长45mm的CD-Ⅱ螺钉、TSRH螺钉和GSS螺钉的最大轴向拔出力分别只有6mm CD-Ⅱ螺钉的80％、82％和88％，各组ESFS螺钉最大轴向拔出力明显高于其它三种螺钉。差异有显著性（P〈0．01）。各组各螺钉最大旋入力矩之间差异无显著性（P〉0．05）。结论：ESFS螺钉具有很好的椎弓根锚固作用及翻修作用。     

下颈椎经关节螺钉联合侧块或椎弓根螺钉固定的效果

目的 探讨在下颈椎经颈后正中入路应用经关节螺钉联合侧块螺钉或椎弓根螺钉行内固定治疗的固定效果.方法 2003年2月至2007年10月,对22例患者通过后路应用经关节螺钉联合侧块螺钉或椎弓根螺钉行内固定治疗,男14例,女8例;年龄24～73岁,平均43岁.其中下颈椎创伤性骨折脱位13例,颈椎后纵韧带骨化症4例,颈椎管狭窄伴Ⅱ型齿突骨折1例,颈椎间盘突出伴椎管狭窄4例.结果 共置入经关节螺钉45枚,其中C4,5 2枚,C5,639枚,C6,74枚;共置入侧块螺钉12枚,C3、C4各6枚;共置入椎弓根螺钉41枚,其中C24枚,C32枚,C46枚,C721枚,T18枚.术中所有螺钉均成功置入,未出现椎动脉、神经根和脊髓损伤等置钉相关并发症.22例患者均获随访,随访时间10个月～3年8个月,平均17个月.植骨融合时间3～5个月,平均3.5个月.术后发现1例患者的2枚经关节螺钉松动,部分脱出.经加强颈托制动,术后4个月获得融合.结论 通过后路固定下颈椎时,采用经关节螺钉联合侧块螺钉或椎弓根螺钉固定,均可取得较好的固定效果.     

盲置法颈椎弓根螺钉置钉技术的简化与应用

目的探索一种安全、简便、有效的颈椎弓根螺钉置钉方法，便于临床的推广。方法应用颈椎弓根螺钉内固定技术治疗患者11例，共置钉64枚，平均年龄为36岁，其中10例为颈椎外伤，1例为颈椎后纵韧带骨化（连续型）。结果．平均随访16个月，最后随访时X线片显示骨融合良好，无内固定松动或断裂。术中出血量平均约500mL，每枚螺钉置钉所花时间平均约为3min，9例54枚螺钉术后行X线及CT扫描进行椎弓根螺钉位置评价，均置钉成功；2例10枚螺钉术后因经济因素仅行X线检查，螺钉位置良好，无并发症发生。结论在C3-7节段，“一点两垂直法”用于颈椎弓根螺钉的置钉既安全又简便，适用于临床推广，但在术前仍应进行个体化评估，排除手术的禁忌。     

椎弓根融合器添加磷酸钙骨水泥后的生物力学效果

目的:评价磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)强化和修复椎弓根融合器的生物力学效果。方法:8具成人新鲜腰椎骨L1-L4共32个椎体,随机选取其中20个,分为3组(A,B,C),每组10个。A组(对照组):随机选择10个椎体双侧椎弓根放置直径为6.5 mm的椎弓根融合器,不穿透椎体前侧骨皮质。在材料实验机上进行椎弓根融合器最大轴向拔出力(Fmax)实验,拔出速率为5 mm/min。B组(修复组):对照组拔出椎弓根融合器后再向椎弓根融合器中空部分注入配制好CPC 3-5 ml,室温(28℃)1 h后再行前述最大轴向拔出力(Fmax)实验。C组(强化组):另选10个椎体直接向椎弓根融合器中空部分注入配制好CPC和拧入椎弓根融合器,再行拔出实验。沿椎弓根融合器方向锯开标本,观察CPC在椎体中分布范围。另外10个椎体作椎弓根融合器的递增负荷的周期抗屈实验。结果:正常对照组椎弓根融合器Fmax为(843.1±132.2)N,修复组为(1456.2±239.9)N,强化组为(1499.5±241.2)N;向椎弓根融合器中空部分注入CPC,未见CPC溢出椎弓根外或椎管内。周期抗屈实验中,添加CPC可使椎弓根融合器耐受更大的负荷或在同等负荷下仅产生较小的位移。CPC骨水泥强化和修复椎弓根融合器后轴向拔出力明显高于强化前,差异具有显著性意义(P<0.05)。结论:沿椎弓根融合器中空部分注入CPC可显著增加椎弓根螺钉的稳定性,并能减少CPC向椎弓根外或椎管内溢出。在活体中即使不添加CPC也有利于骨细胞长入椎弓根融合器侧孔,同样可以增加螺钉的稳定性。适用于螺钉松动和拔出的修复固定。     

Design and biomechanical study of a modified pedicle screw

Objective： In pedicle screw fixation, the heads of monoaxial screws need to be directed in the same straight line to accommodate the rod placement by backing out during operation, which decreases the insertional torque and internal fixation strength. While polyaxial screws facilitate the assembly of the connecting rod, but its ball-in-cup locking mechanism reduces the static compressive bending yield strength as compared with monoaxial screws. Our study aimed to assess the mechanical performance of a modified pedicle screw.
Methods： In this study, the tail of the screw body of the modified pedicle screw was designed to be a cylindershaped structure that well matched the inner wall of the screw head and the screw head only rotated around the cyclinder. Monoaxial screws, modified screws and polyaxial screws were respectively assembled into 3 groups ofvertebrectomy models simulated by ultra high molecular weight polyethylene （UHMWPE） blocks. This model was developed according to a standard for destructive mechanical testing published by the American Society for Testing Materials （ASTM F1717-04）. Each screw design had 6 subgroups, including 3 for static tension, load compression and torsion tests, and the rest for dynamic compression tests. In dynamic tests, the cyclic loads were 25%, 50%, and 75% of the compressive bending ultimate loads respectively. Yield load, yield ultimate load, yield stiffness, torsional stiffness, cycles to failure and modes of failure for the 3 types of screws were recorded. The results of modified screws were compared with those ofmonoaxial and polyaxial screws.
Results： In static tests, results of bending stiffness, yield load, yield torque and torsional stiffness indicated no significant differences between the modified and monoaxial screws （P〉0.05）, but both differed significantly from those ofpolyaxial screws （P〈0.05）. In dynamic compression tests, both modified and monoaxial screws showed failures that occurred at the insertion point of screw body into the UHMWPE block, while the polyaxial screw group showed screw body swung up and down the screw head because of loosening of the ball-in-cup mechanism.
Conclusions： The modified screw is well-designed and biomechanically improved. And it can provide sufficient stability for segment fixation as monoaxial screws.     

膨胀式椎弓根螺钉抗旋出性能的生物力学测试

目的:测试并比较自行设计的膨胀式椎弓根螺钉(Expansive Pedicle Screw,EPS)与USS,Tenor,CDH椎弓根螺钉植入椎体后的最大旋出力矩及旋出180°时能量吸收值,评价EPS螺钉脊柱固定稳定性.方法:30个新鲜小牛腰椎随机分成3组,每组10个椎体(20侧椎弓根),每组均随机在一侧拧入EPS螺钉,对侧分别拧入USS、Tenor,CDH螺钉,旋出螺钉,测试并记录最大旋出扭力矩及旋出180°时能量吸收值.结果:EPS,USS,Tenor,CDH螺钉的最大旋出力矩分别为(3.570±0.914)Nm,(1.607±0.300)Nm,(2.257±0.372)Nm,(2.371±0.348)Nm;能量吸收值分别为(8.277±2.108)J,(3.230±0.559)J,(4.475±0.602)J,(4.441±0.457)J.EPS螺钉的最大旋出力矩及能量吸收值显著大于其它三种螺钉(P值均小于0.01).结论:EPS螺钉较目前使用的USS,Tenor,CDH非膨胀椎弓根螺钉有更好的固定稳定性.