通用脊柱椎弓根钉棒矫形固定系统治疗胸腰椎失稳性伤病的生物力学测试

目的：评价通用脊柱椎弓根钉棒矫形固定系统（GSPS）治疗脊柱失稳性伤病的生物力学性能。方法：用新鲜猪胸腰段脊柱标本（T10-L3）制成失稳模型和骨折模型各4具,分别用自行研制的GSPS模拟手术固定。对试件进行轴向和弯曲扭转加载测试,观察GSPS的应力、应变关系特点。测试GSPS连接棒从弹性夹块中的拔出力。结果：在0～600N轴向加载范围内,GSPS各点应变与应力呈线性关系;弯曲扭转实验中,试件两端之间相对扭转角与弯扭矩呈线性关系,当弯扭矩达到300N.cm时,扭转角不到6°;GSPS的连接棒从弹性夹块中拔出的最小拔出力大于3300N。结论：GSPS具有较高的抗轴向和弯扭载荷的能力,显示出高弹性。采用弹簧垫连接钉棒具有很高的可靠性。     

胸椎椎弓根螺钉置入的破壁率与安全性的研究进展

椎弓根钉棒系统因其固定牢靠,在不破坏脊柱后方稳定性的情况下即可达到三柱固定,提供了较强的把持力及抗折弯强度,矫形效果好,且术中固定融合节段少、手术时间短、出血少,术后矫形丢失少等优点而广泛应用于各类脊柱手术.随着临床的广泛应用,越来越多的脊柱外科医师开始关注椎弓根钉置入的准确性及安全性.胸椎椎弓根钉的置入与腰骶椎椎弓根钉的置入相比较,椎弓根破壁率高[1]、并发症多[2]且后果严重而成为脊柱外科医师关注的焦点.文献[1, 3]报道胸椎椎弓根的破壁率为2.5%~52%.笔者现就胸椎椎弓根钉置入的破壁率、安全性的最新进展作一综述.     

交锁钉与加压钢板固定尺骨骨折的生物力学比较

[目的] 对交锁髓内钉与动力加压钢板固定尺骨骨折的生物力学性能进行测试,为临床应用提供理论依据.[方法] 采用12根新鲜尺骨标本,制作成中段横形骨折模型,分别用交锁髓内钉和6孔3.5 mm动力加压钢板固定,髓内钉规格为φ4mm,长200～230 mm.将标本固定于MTS试验机,对其进行抗轴向压缩、抗弯曲、抗扭转的生物力学测试,比较分析抗压刚度、抗弯刚度、抗扭刚度和抗压强度、抗弯强度、抗扭强度.[结果]交锁髓内钉固定的抗轴向压缩刚度、抗弯曲刚度和抗扭转刚度依次为(450.00±38.42)N/mm、(45.64±5.24)N·cm/Deg、(11.42±1.21)N·cm/Deg;6孔3.5mm动力加压钢板固定的抗轴向压缩刚度、抗弯曲刚度和抗扭转刚度分别为(405.40 4-29.26)N/mm、(41.00±4.78)N·cm/Deg、(10.05±1.32)N·cm/Deg.在1000 N轴向压缩载荷作用下,交锁髓内钉和加压钢板固定时尺骨的位移分别为(2.20±0.11)mm和(2.48±0.15)mm;在5 N·m弯曲载荷下,采用交锁髓内钉固定的尺骨的最大桡度为(3.25±0.15)mm,加压钢板固定的最大桡度为(3.60±0.21)mm;在扭转试验中,交锁髓内钉固定能承受扭矩最大达(2.40±0.13)N·m,而加压钢板固定能承受的扭矩为(1.90±0.10)N·m;实验所得的数据采用SPSS.10软件处理,再进行t检验显示具有显著性差异(P<0.05).可见交锁髓内钉在力学刚度和强度上均优于6孔3.5mm动力加压钢板固定.[结论] 交锁髓内钉具有良好的生物力学性能,固定可靠,符合生物学固定的原则.     

经皮长U形空心椎弓根钉系统治疗胸腰椎骨折的生物力学研究

目的 评价经皮长U形空心椎弓根钉系统内固定治疗胸腰椎骨折的生物力学性能.方法 采集成年新鲜胸腰椎标本8具,平均分为普通椎弓根钉组和长U形空心椎弓根钉组,每组4具标本.制作椎体前屈压缩性骨折,分别采用普通椎弓根钉和长U形空心椎弓根钉固定治疗,利用生物力学的电测试验应力分析方法测试固定后脊柱的极限压缩强度、轴向压缩刚度、弯曲刚度、扭矩和扭转刚度.结果 普通椎弓根钉组和长U形空心椎弓根钉组的平均极限压缩强度分别为(3450.02±110.03)、(3430.04±102.12) MPa,平均轴向压缩刚度分别为(407.52±33.02)、(395.04±26.46)N/mm,平均弯曲刚度分别为(305.14±26.53)、(295.12±23.80)N·em/Deg,平均扭矩分别为(6.45±0.25)、(6.25±0.21)N·m,平均扭转刚度分别为(0.54±0.04)、(0.52±0.03)N·cm/Deg,以上项目两组间比较差异均无统计学意义(P＞ 0.05).结论 长U形空心椎弓根钉系统内固定胸腰椎骨折术后的生物力学性能与普通椎弓根螺钉接近,能满足骨折愈合的生物力学要求.     

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.     

新型上胸椎椎弓根钉内固定系统的设计及其生物力学分析

目的测试新型上胸椎椎弓根钉内固定系统的生物力学性能。方法采用国际通用标准ASTM F543-2013及ASTM F1717-2013测试新型上胸椎椎弓根钉内固定系统的生物力学性能,进行单轴钉置入及拔出试验,万向钉压缩试验。并与常用颈胸椎椎弓根钉棒系统(常用组)及强生椎弓根钉棒系统(强生组)进行比较。结果试验组置入力矩低于常用组,拔出力小于常用组,差异有统计学意义(P0.05)。试验组屈服力大于强生组,但小于常用组,差异有统计学意义(P0.05)。试验组屈服刚度大于强生组,弹性位移、屈服位移小于强生组,但与常用组比较差异无统计学意义(P0.05)。试验组动态试验加载力最大值81 N为强生组的屈服力,反复加载后未损坏,故动态测试结果优于强生组。常用组动态试验加载力最大值110.9 N为试验组的屈服力,试验组与常用组反复加载后均未损坏,故动态试验结果接近。结论若上胸椎不稳但胸廓完整,新型上胸椎椎弓根钉内固定系统的生物力学性能可以满足临床的需要,提供即刻稳定性。     

四种骶骨钉固定技术的生物力学比较

目的通过骨质疏松骶骨标本对4种骶骨椎弓根钉（双皮质、三皮质、标准骨水泥强化和终板下骨水泥强化）载荷后的下沉位移进行比较。方法取自11具新鲜骨质疏松尸体的骶骨标本用于实验。采用DEXA测定骨密度后在同一骶骨的左右侧随机置入直径7mm的双皮质和三皮质骶骨椎弓根钉。使用MTS试验机对螺钉进行30～250N压力加载2000次后取出螺钉。钉道内注入骨水泥（polymethylmethacrylate,PMMA）,将比双皮质或三皮质固定短5mm的螺钉再次置人（分别定义为标准和终板下PMMA强化）,并重复上述加载。记录加载后螺钉的下沉位移,进行比较。结果11具标本的骨密度为0．55～0．78g／cm^2,平均0．7lg／cm^2。三皮质和标准PMMA强化椎弓根钉间的下沉位移差异无统计学意义,此2种固定技术的下沉位移显著低于双皮质固定。终板下PMMA强化椎弓根钉的下沉位移显著低于其他固定技术。结论在骨质疏松状态下PMMA强化可显著提高骶骨钉一骨界面的结合强度。在上述4种骶骨固定技术中终板下PMMA强化椎弓根钉可获得最坚强的锚定。     

股骨远端LISS倒置固定股骨转子下骨折的生物力学研究

[目的]检测股骨远端LISS倒置固定股骨转子下骨折的生物力学性能。[方法]选取成年股骨16根,在小转子下方1 cm处截骨成2 cm间隙,模拟粉碎性高位股骨转子下骨折。标本随机分成2组,第1组用倒置LISS固定,第2组用PFNA固定。先将标本置于液压伺服力学测试机,行非破坏性应力加载试验,观察载荷-应变关系、股骨头的载荷-位移关系、骨折固定后的强度和轴向刚度。再行非破坏性循环加载试验,循环周期2 000次。最后进行极限力学性能试验。对试验数据用Chauvent准则行精度分析,用t检验。[结果]轴向压缩试验中,LISS组在应变片1和应变片2处的应变均于PFNA组相应的应变值近似;载荷600 N时,LISS组与PFNA组股骨头纵向位移分别为(2.87±0.84)mm、(2.89±0.74)mm;载荷600 N时,两组的骨折固定后强度值近似;载荷600 N时,LISS组与PFNA组的轴向刚度分别为(209.06±18.63)N/mm、(207.61±18.73)N/mm。动态疲劳实验中,相同循环加载周期下,LISS组股骨头的最大下沉位移近似于PFNA组;LISS组与PFNA组在股骨头下沉位移0.5 mm时承受的力分别为(130.83±11.67)N、(128.76±8.35)N;股骨头下沉位移0.5 mm时,LISS组与PFNA组分别是循环加载周期的(1 231±30)次、(1 221±27)次。LISS组、PFNA组极限载荷分别为(3 728±128)N、(3 786±115)N。经统计学分析,以上差异均无统计学意义(P>0.05)。[结论]本试验结果证实了股骨远端LISS倒置固定股骨转子下骨折具有良好的力学稳定性,是一种固定股骨转子下骨折的有效方法。     

滑动椎弓根钉系统稳定性体外生物力学测试

[目的]对滑动椎弓根钉系统(SPSS)与通用椎弓根钉系统(USS)在脊柱侧凸固定强度、刚度和稳定性等方面进行生物力学比较,以测试滑动椎弓根螺钉内固定系统稳定性的生物力学性能.[方法]采用12具猪新鲜脊柱标本,随机分成两组分别测量不同工况下T12椎体的位移,并计算其强度和刚度进行比较.[结果]滑动组和通用组无论在轴向压缩、前屈、后伸、侧屈情况下,主应变、位移变化及固定强度、刚度均无显著性差异(P>0.05).[结论]滑动椎弓根钉系统治疗脊柱侧凸同样能够达到通用椎弓根钉系统相同的矫形效果及生物力学稳定性,同时它不影响青少年生长发育.     

腰椎横突间入路椎体间融合术的生物力学评价

目的 观察腰椎横突间入路椎体间融合术(ILIF)及附加椎弓根钉固定后的生物力学稳定性.方法 采用小牛脊柱运动节段标本12具,依序进行不同处理后分为以下7组:(1)正常对照组(IS);(2)左侧小关节切除+椎间融合器植入组(TLIF);(3)TLIF附加同侧椎弓根钉固定组;(4)TLIF附加双侧椎弓根钉固定组;(5)左侧横突间入路椎间融合器植入组(ILIF);(6)ILIF附加同侧椎弓根钉固定组;(7)ILIF附加双侧椎弓根钉固定组.分别测试各组在轴向压缩、前屈、后伸、左右侧屈时的载荷-应变、载荷-位移变化以及轴向刚度和双向扭转稳定性等生物力学指标,并进行统计学比较.结果 所有生物力学指标中ILIF组稳定性均大于TLIF组(P<0.05),在定量扭矩扭角方面差距最大达72%.ILIF+BPSF的稳定性最高,在前屈载荷应变方面较IS组差异最大达53%,而ILIF+HPSF组与ILIF+BPSF组比较差异无统计学意义(P>0.05). 结论 ILIF手术生物力学稳定性优于TLIF手术;ILIF附加同侧椎弓根钉固定与附加双侧椎弓根钉固定生物力学稳定性相当,使用ILIF术式附加侧同椎弓根螺钉固定,可提供较好的即刻稳定性.