椎体后凸成形骨水泥注入对骨质疏松邻近腰椎生物力学的作用

背景：术后邻近椎体继发性骨折是经皮椎体后凸成形骨水泥注入最常见的并发症,研究经皮椎体后凸成形骨水泥注入对骨质疏松邻近腰椎生物力学功能的影响对临床应用具有一定的指导意义。 目的：分析经皮椎体后凸成形骨水泥注入对骨质疏松兔模型邻近腰椎生物力学功能的影响。 方法：切除36只雌性新西兰大白兔双侧卵巢,建立L3椎体骨质疏松骨折模型,造模成功后随机均分为2组,实验组行椎体后凸成形骨水泥注入,对照组行开放复位内固定手术。术后5,10,15个月,检测L2、L4椎体骨密度及最大弯曲与压缩载荷,L3椎体前缘、后缘高度与L2及L4椎体平均高度的比值,L2与L4椎体矢状面Cobb角。 结果与结论：实验组术后不同时间点的骨密度值及最大弯曲与压缩载荷、椎体高度比值均高于术前(P < 0.05),矢状面Cobb角低于术前(P < 0.05);对照组术后不同时间点的骨密度值、最大弯曲与压缩载荷均高于术前   (P < 0.05),椎体高度比值及矢状面Cobb角与术前比较无差异;实验组术后不同时间点的骨密度值及最大弯曲与压缩载荷、椎体高度比值均高于对照组(P < 0.05),矢状面Cobb角低于对照组(P < 0.05)。表明椎体后凸成形骨水泥注入可改善骨质疏松骨折邻近椎体的骨密度、承载能力及后凸角度。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

骨水泥固定桡骨远端不稳定性骨折的生物力学研究

目的：研究骨水泥髓腔内充填固定桡骨远端不稳定性骨折的可靠性。方法：用成人桡骨标本8根,先后制成桡骨远端骨折（AO：CI型）克氏针固定模型和骨水泥固定模型,分别在ZWD－10生物力学试验机上纵向加载,测试抗压强度,同时用非接触引伸测量系统收集图像数据,结果：骨水泥且平均抗压强度为克氏针组的27倍,P＜0．01,有显著差异,结论：骨水泥充填固定桡骨远端不稳定性骨折的抗压强度优于克氏针固定。     

腰椎皮质骨钉道螺钉内固定技术的研究进展

如何对骨质疏松性腰椎疾病患者实施可靠的腰椎内固定技术,是脊柱外科医生共同面临的难题。皮质骨钉道(cortical bone trajectory,CBT)螺钉内固定技术是近几年出现的一种新型的腰椎椎弓根螺钉技术,通过椎弓根皮质骨钉道,使螺钉与皮质骨最大化接触,增加了螺钉固定强度,减少了螺钉松动。本文从腰椎CBT螺钉内固定技术的技术特点、生物力学研究、临床应用状况、优缺点等方面进行综述,并对该技术的未来作一简略展望。     

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。     

骨水泥强化动力髋固定效果的生物力学研究

目的：研究A2型股骨转子间骨折动力髋螺钉（DHS）固定加骨水泥强化对内固定生物力学影响。方法：24对成年男性防腐股骨上段标本，制造A2型股骨转子间骨折，采用4孔DHS固定。每对股骨以左侧为非强化组，右侧为强化组，股骨头髓腔钉道填塞骨水泥。标本进行弯曲强度，扭转强度及破坏试验。测量骨折位移，转角及最大加载力。结果：强化组和非强化组在弯曲强度，扭转强度及最大加载力有显著差异（P〈0．05），有统计学意义。相对于非强化组，骨水泥强化后弯曲强度提高148％，扭转强度提高96％，最大加载力提高67％。结论：骨水泥强化有效地增加DHS固定强度，整体提高骨折稳定性，减少内固定失败的可能性。     

骨水泥、钉道植骨强化动力髋螺钉固定修复老年骨质疏松性股骨转子间骨折

背景：对于老年骨质疏松性髋部骨折的动力髋螺钉固定,如能避免使用过程中造成的骨量丢失,或是采用其他手段增加固定螺钉把持力,将改善动力髋螺钉固定的治疗效果。 目的：对比研究3种固定方式修复老年骨质疏松性股骨转子间骨折的效果。   方法：回顾性分析近5年来采用常规动力髋螺钉内固定、骨水泥强化后动力髋螺钉固定及主钉道压配植骨配合动力髋螺钉固定3种固定方式治疗老年骨质疏松性股骨转子间骨折患者的资料,分别设为对照组、骨水泥组和植骨组。 结果与结论：经固定后2年随访,植骨组、骨水泥组和对照组Harris髋关节功能评分优良率分别为95%,80%,70%。植骨组骨折临床愈合时间明显缩短(P < 0.05),出现螺钉固定失败情况与骨水泥组相当。对照组较其他2组相对更多出现退钉等内固定失败情况。结果表明,与其他常规动力髋螺钉内固定、骨水泥强化后动力髋螺钉固定方式相比较,主钉道压配植骨配合动力髋螺钉内固定的疗效及安全性更好。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

可注射磷酸钙骨水泥在经皮椎体后凸成形术中的体外生物力学评价

目的 观察评价一种新型纳米级磷酸钙骨水泥(CPC)生物力学性能,以探讨该种材料能否在体外经皮球囊扩张后凸椎体成形术(PKP)中有效替代聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA).方法 取6具老年尸体胸腰段脊柱标本(T12～L4),用双能X线吸收骨密度仪(DEXA)测试骨密度后,游离成30个椎体,随机分为A、B两组,每组15个椎体.以1.5 mm/min的速度在材料实验机上进行前屈压缩,测得初始极限载荷、抗压强度、刚度.造成压缩性骨折后,采用球囊扩张后凸椎体成形术恢复高度,向A、B两组分别注射填充CPC、PMMA,再次进行前屈压缩,测得极限载荷、抗压强度、刚度.结果 初始骨折前,各标本的骨密度、高度、受力面积组间分布差异无统计学意义(P＞0.05).A、B两组椎体标本在初次骨折前极限载荷分别为(1.70±0.12)kN、(1.78±0.15)kN;抗压强度分别为(10.74±0.92)MPa、(11.35±0.78)MPa;刚度分别为(944.96±62.3)N/mm、(957.02±39.7)N/mm,差异无统计学意义(P＞0.05).成形后极限载荷分别为(3.02±0.19)kN、(3.97±0.32)kN;抗压强度分别为(12.47±1.87)MPa、(16.74±0.72)MPa;刚度分别为(1002.96±20.7)N/mm、(1256.31±33.5)N/mm.A组成形后极限载荷、抗压强度与骨折前差异有统计学意义(P＜0.01),刚度无明显增高(P＞0.05);B组成形后极限载荷、抗压强度、刚度与骨折前差异有统计学意义(P＜0.01);A、B两组椎体成形后极限载荷、抗压强度、刚度比较差异有统计学意义(P＜0.05).结论 自主研发的CPC可以有效恢复骨质疏松椎体的抗压缩破坏能力,且不会明显增强椎体刚度,可望在经皮球囊扩张后凸椎体成形术中用作PMMA的替代品.     

可注射磷酸钙骨水泥在经皮椎体后凸成形术中的体外生物力学评价

目的观察评价一种新型纳米级磷酸钙骨水泥(CPC)生物力学性能,以探讨该种材料能否在体外经皮球囊扩张后凸椎体成形术(PKP)中有效替代聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。方法取6具老年尸体胸腰段脊柱标本(T12~L4),用双能X线吸收骨密度仪(DEXA)测试骨密度后,游离成30个椎体,随机分为A、B两组,每组15个椎体。以1.5 mm/min的速度在材料实验机上进行前屈压缩,测得初始极限载荷、抗压强度、刚度。造成压缩性骨折后,采用球囊扩张后凸椎体成形术恢复高度,向A、B两组分别注射填充CPC、PMMA,再次进行前屈压缩,测得极限载荷、抗压强度、刚度。结果初始骨折前,各标本的骨密度、高度、受力面积组间分布差异无统计学意义(P>0.05)。A、B两组椎体标本在初次骨折前极限载荷分别为(1.70±0.12)kN、(1.78±0.15)kN;抗压强度分别为(10.74±0.92)MPa、(11.35±0.78)MPa;刚度分别为(944.96±62.3)N/mm、(957.02±39.7)N/mm,差异无统计学意义(P>0.05)。成形后极限载荷分别为(3.02±0.19)kN、(3.97±0.32)kN;抗压强度分别为(12.47±1.87)MPa、(16.74±0.72)MPa;刚度分别为(1002.96±20.7)N/mm、(1256.31±33.5)N/mm。A组成形后极限载荷、抗压强度与骨折前差异有统计学意义(P<0.01),刚度无明显增高(P>0.05);B组成形后极限载荷、抗压强度、刚度与骨折前差异有统计学意义(P<0.01);A、B两组椎体成形后极限载荷、抗压强度、刚度比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论自主研发的CPC可以有效恢复骨质疏松椎体的抗压缩破坏能力,且不会明显增强椎体刚度,可望在经皮球囊扩张后凸椎体成形术中用作PM-MA的替代品。     

骨水泥椎体成形对老年胸腰椎终板支撑力的生物力学影响

目的 探讨在椎体成形后老年骨质疏松椎体的终板应力分布作用.方法 4具新鲜老年性骨质疏松胸腰段脊柱标本(T12～L4).随机分成对照组和椎体成形组.在终板中心,按顺时钟座标方向,距离皮质骨7mm,取9个点,用直径2.3mm的半球形压头以0.03mm/s的速度,下压3mm.终板不同位点的最大压缩力及刚度分布差异,2组内椎体终板在相同点最大压缩力及刚度进行比较.结果 最大压缩力时位移,正常对照组1.33±0.44mm,在椎体成形组1.51±0.48mm,在终板中心0点区域最小,成形组终板各点区域最大压缩力、刚度比较中存在差异;2组对应点最大压缩力在6点、7点没有差别,其他各点对应均有差别.结论 老年性椎体终板在中心区域其力学最低点.成形后终板在中心区域抗压缩力和刚度明显增强,在后侧和后外测成为最薄弱地方,中心最强.     

骨质疏松患者骨水泥强化内固定系统的生物力学特征

背景：进行椎间融合手术患者伴有骨质疏松症的比例较高,骨质疏松症会对钉棒系统固定效果造成不良影响,如螺钉松动率上升、椎间融合手术失败等,骨水泥钉道强化手术有力改善了这一问题。目的：通过有限元方法比较低骨密度情况下不同骨水泥钉道强化固定后腰椎的生物力学变化。方法：依据提取CT图像建立L4-5椎体功能单元人体有限元模型,设置所有椎体骨材料为骨质疏松状态,分别建立无骨水泥钉道强化、全部骨水泥钉道强化、L4椎体骨水泥钉道强化、单侧骨水泥钉道强化、交叉骨水泥钉道强化模型,L5节段下表面固定,L4节段上表面施加500 N的垂直向下的载荷及7.5 N·m的力矩,检测钉棒系统、椎体钉道及骨水泥团的von-Mises应力。结果与结论：(1)相较于无骨水泥钉道固定组,骨水泥强化各组对于钉棒系统的von-Mises应力影响十分微小;(2)骨水泥强化各组钉道von-Mises应力在整体上小于无骨水泥钉道固定组,其中较为显著的为全部骨水泥钉道强化组;与全部骨水泥强化组效果相近的是交叉骨水泥强化组,单侧骨水泥固定组钉道von-Mises应力下降幅度次于交叉骨水泥固定组,L4椎体骨水泥钉道强化组对于钉道von-Mis...     

骨移植与骨水泥增强对治疗骨质疏松椎体的生物力学相容性有限 元评估

目的 研究松质骨粒移植增强和骨水泥增强对治疗节段和相邻非治疗节段的生物力学相容性 影响,探讨椎体重建前后的荷载传导机制。方法 选取正常男性青壮年脊柱L1-L2节段标本进行薄层 CT扫描,构建正常的和骨折复位后疏松的功能脊柱单元三维有限元模型,模拟经皮穿刺椎体后凸 成形术(PKP)在L2椎体核心注入骨水泥,模拟经皮骨移植(Optimesh)在L2椎体核心置入松质骨粒,按 照脊柱三柱理论施加轴向压缩、前屈和后伸荷载进行有限元分析。结果 质骨粒移植增强或骨水泥增强后相邻节段椎体应力应变的变化甚微;但是,治疗节段增强区域的应力应变明显改变。另外,骨质疏松、松质骨粒移植增强、骨水泥增强对脊柱三柱轴向压缩位移和椎间盘平均内压没有影响。结论 松质骨粒移植增强和骨水泥增强均能恢复疏松椎体的总体刚度和强 度,有利于椎体功能重建;但从椎体与增强材料间的力学相容性和生物相容性的观点看,松质骨粒 移植增强优于骨水泥增强。     

骨水泥加固椎弓根螺钉的生物力学特性

背景：由于骨质原因及结构特点导致椎弓根螺钉经常出现把持力下降,从而发生松动、拔出,导致内固定失败,因此提高椎弓根螺钉的稳定性显得尤为重要。 目的：检测可注射骨水泥空心椎弓根螺钉椎弓根螺钉生物力学稳定性,为优化骨水泥使用量提供参考。 方法：选取7具新鲜成人尸体T₁₁-L₄椎体标本共40个椎体,随机分为可注射骨水泥空心椎弓根螺钉及DTPS^TM椎弓根螺钉组,各20个,置钉后分别注入1,2,3,5 mL骨水泥,通过影像学观察骨水泥弥散分布情况,并测得最大轴向拔出力进行比较。 结果与结论：骨水泥用量为1-3 mL时,可注射骨水泥空心椎弓根螺钉组螺钉平均最大轴向拔出力显著高于DTPS^TM组(P < 0.05)。骨水泥用量为5 mL时,2组平均最大轴向拔出力差异无显著性意义(P > 0.05)。可注射骨水泥空心椎弓根螺钉组的直线回归方程为Y=25.269X+133.681(R²=0.837),DTPS^TM椎弓根螺钉组的直线回归方程为Y=32.039X+99.251(R²=0.936)。骨水泥用量在1-5 mL时,2组螺钉最大轴向拔出力与骨水泥量高度正相关(|R| > 0.8)。说明骨水泥强化椎弓根螺钉可显著提高螺钉稳定性,椎弓根螺钉最大轴向拔出力与骨水泥使用量呈高度正相关,可注射骨水泥空心椎弓根螺钉在达到满意的内固定强化效果同时,减少骨水泥使用量,降低了骨水泥泄漏风险,相比DTPS^TM椎弓根螺钉更具有优势。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

Bone marrow modified acrylic bone cement for augmentation of osteoporotic cancellous bone

The use of polymethylmethacrylate (PMMA) cement to reinforce fragile or broken vertebral bodies (vertebroplasty) leads to extensive bone stiffening. This might be one reason for fractures at the adjacent vertebrae following this procedure. PMMA with a reduced Young's modulus may be more suitable. The goal of this study was to produce and characterize PMMA bone cements with a reduced Young's modulus by adding bone marrow. Bone cements were produced by combining PMMA with various volume fractions of freshly harvested bone marrow from sheep. Porosity, Young's modulus, yield strength, polymerization temperature, setting time and cement viscosity of different cement modifications were investigated. The samples generated comprised pores with diameters in the range of 30-250 μm leading to porosity up to 51%. Compared to the control cement, Young's modulus and yield strength decreased from 1830 to 740 MPa and from 58 to 23 MPa respectively by adding 7.5 ml bone marrow to 23 ml premixed cement. The polymerization temperature decreased from 61 to 38 °C for cement modification with 7.5 ml of bone marrow. Setting times of the modified cements were lower in comparison to the regular cement (28 min). Setting times increased with higher amounts of added bone marrow from around 16-25 min. The initial viscosities of the modified cements were higher in comparison to the control cement leading to a lower risk of extravasation. The hardening times followed the same trend as the setting times. In conclusion, blending bone marrow with acrylic bone cement seems to be a promising method to increase the compliance of PMMA cement for use in cancellous bone augmentation in osteoporotic patients due to its modified mechanical properties, lower polymerization temperature and elevated initial viscosity.     

椎弓根螺钉骨水泥强化修复老年腰椎退变的早期效果

背景：老年腰椎退变患者在手术中常面临椎弓根螺钉把持力不足情况,易发生脱钉、固定不牢靠等风险,如何增加螺钉的把持力成为研究的热点。 目的：探讨使用椎弓根螺钉骨水泥强化方案治疗老年腰椎退变的早期临床效果。 方法：选择2012年8月至2014年4月收治的患腰椎退行性疾病行腰椎内固定治疗的患者65例,根据修复方案分为2组,椎弓根螺钉内固定骨水泥强化组24例,常规椎弓根螺钉内固定组41例。比较两组患者的一般情况,采用目测类比评分法和日本矫形科学学会腰椎功能评分表对患者腰背疼痛及下肢神经功能恢复情况进行评估。 结果与结论：65例患者均完成手术,获得随访,随访时间为3-20个月,随访中均行腰椎正侧位片X射线片,未发现螺钉松动、脱落、断裂、椎间隙高度丢失等情况。椎弓根螺钉内固定骨水泥强化组患者的手术出血量、住院时间与常规椎弓根螺钉内固定组差异无显著性意义(P > 0.05),椎弓根螺钉内固定骨水泥强化组术后3,6个月日本矫形科学学会腰椎功能评分及术后3个月的目测类比评分均较常规椎弓根螺钉内固定组显著改善(P < 0.05);两组术后6个月的目测类比评分差异无显著性意义(P > 0.05)。提示将骨水泥沿椎弓根螺钉钉道注入椎弓根及椎体,可达到螺钉骨水泥强化的目的,增加螺钉的把持力,重建腰椎的稳定性,取得了满意的近期疗效。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

高黏度骨水泥与传统骨水泥治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的疗效比较

目的比较高黏度骨水泥与传统聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的疗效,探讨高黏度骨水泥在临床应用中的优势。方法选择2009年7月~2013年7月治疗并获得随访160例骨质疏松性椎体压缩性骨折患者,其中男性64例,女性96例;年龄61~88岁,平均年龄69.1岁。分高黏度骨水泥组[91例(112个椎体)]和传统骨水泥组[69例(86个椎体)]。高黏度骨水泥组,采用以色列Disc-O-Tech公司Confidence骨水泥,施行经皮椎体成形术(PVP);传统骨水泥组,采用PMMA骨水泥,施行PVP。术后对比两组患者视觉疼痛模拟评分(VAS)、责任椎Cobb角的恢复情况及术后骨水泥渗漏情况,并随访观察。结果高黏度骨水泥组与传统骨水泥组VAS评分(1.5±0.8vs1.4±0.9)比较差异无统计学意义(P0.05);高黏度骨水泥组Cobb角恢复优于传统骨水泥组(13.6°±3.1°vs 19.8°±3.0°),差异有统计学意义(P0.05);高黏度骨水泥组渗漏率远低于传统骨水泥组(19.6%vs 41.9%),差异有统计学意义(P0.05)。所有患者术后获得3~48个月(平均16个月)随访,其中3例出现神经根症状,所有患者未出现感染、肺栓塞等并发症。结论高黏度骨水泥与传统PMMA骨水泥相比,在纠正椎体Cobb角及降低骨水泥渗漏发生率方面效果更佳,明显提高了PVP的安全性及有效性。     

骨水泥不同分布对骨质疏松性椎体压缩性骨折的生物力学影响:三维有限元分析

目的:在骨质疏松性椎体压缩性骨折（OVCFs）椎体成形术（PVP）中,病椎内骨水泥分布不充分、不对称,将影响手术效果及远期症状。本文研究椎体成形术中骨水泥在椎体内分布情况对术后病椎的应力影响。方法:利用志愿者椎体CT数据,建立T12~L2椎体有限元模型。模拟L1椎体OVCFs,行PVP。向L1椎体内注入骨水泥柱,骨水泥形成3组分布模式（骨水泥分布不充分组、分布充分组和分布不对称组,其中分布不对称组包括骨水泥偏上分布和偏下分布）。研究不同方向运动对术后L1椎体的生物力学影响。结果:（1）与骨质疏松的L1椎体应力相比,术后L1椎体松质骨中最大应力的分布主要集中于骨水泥周围的松质骨,而皮质骨中最大应力的分布没有变化。（2）与骨水泥分布充分组相比,不充分组L1椎体的松质骨和皮质骨的最大应力和最大位移均显著增加,而不对称组中松质骨的最大应力显著增加。（3）在不同方向的载荷条件下都能得到相似的结果。结论:（1）在OVCFs的PVP中,病椎骨水泥分布不充分会引起术后该椎体最大位移明显增加,导致术后疼痛未缓解。（2）病椎骨水泥分布不充分和分布不对称会引起术后病椎皮质骨及松质骨的最大应力明显增加,所以容易导致术后病椎的再次骨折。     

脊柱椎弓根螺钉应用的生物力学特征

背景：椎弓根螺钉内固定经过不断的发展和完善,生物力学理论在脊柱内固定器方面也有了很大进展。 目的：对脊柱椎弓根螺钉应用的生物力学研究进行综述。 方法：应用计算机检索1986-01/2010-10 CNKI和Pubmed数据库,在标题和摘要中以“椎弓根螺钉,生物力学”或“Pedicle Screw,Biomechanics”为检索词进行检索。选择文章内容与椎弓根螺钉的生物力学有关者,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。最终入选49篇文献进行综述。 结果与结论：在椎弓根螺钉的发展过程中,生物力学不仅为内固定的研制提供理论基础,也是测试和评价新设计内固定器效果的最终依据和标准。文章结果显示椎弓根螺钉植入点、植入方向、螺钉大小、螺钉形状、螺钉材料对脊柱生物力学均有一定影响。     

Effect of vertebral cement augmentation with polymethylmethacrylate on intervertebral disc and bone tissue

Vertebral cement augmentation is reported to be a safe and effective technique for providing stabilization and pain relief. However, adjacent intervertebral discs may be at risk of accelerated degeneration as a result of aggravated nutritional constraints. Therefore, we investigated the effects of injecting polymethylmethacrylate (PMMA) into three adjacent lumbar vertebrae on intervertebral disc and vertebral bone tissue in 12 skeletally mature sheep. After 6 and 12 months of augmentation, the sheep were euthanized and their spines were processes for histological evaluation. Semiquantitative histomorphological analysis of discs and endplates was conducted using published criteria. Histomorphological changes in the augmented bone were assessed qualitatively. Approximately 80% of the length of the endplates was in contact with PMMA. However, there was no significant difference between the histopathological score of the discs adjacent to augmented vertebrae and the score of the control discs. Bone tissue reaction to PMMA was characterized by a thin fibrous tissue layer and occasional foreign-body reactions. New bone formation was present in all augmented vertebrae. Concerns about aggravation of disc degeneration as a result of vertebral cement augmentation seem to be unsubstantiated. Furthermore, adverse effects of PMMA cement on bone biology do not seem to be a relevant issue.