硫酸钙骨水泥增强椎弓根螺钉置入骨质疏松椎体的瞬时稳定性

背景：由于内固定在骨质疏松骨上锚着力较差影响了其稳定性,因此需要新的固定方法,使用骨水泥或骨替代物增强内固定技术可以较好地解决这个问题。 目的：评价硫酸钙骨水泥增强的椎弓根螺钉置入骨质疏松椎体后的瞬时稳定性。 方法：选取新鲜小牛脊柱椎体,测量骨密度后,随机分为4组：①正常椎体椎弓根螺钉内固定组。②正常椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组。③骨质疏松椎体椎弓根螺钉内固定组。④骨质疏松椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组。将相同规格的椎弓根螺钉拧入测试椎体的椎弓根,测试其即刻最大轴向拔出力和最大破坏功耗,以评价硫酸钙骨水泥增强椎弓根螺钉的瞬时稳定性。 结果与结论：骨质疏松椎体较正常椎体的螺钉最大拔出力、最大破坏功耗明显减少(P < 0.05),而二者分别以骨水泥增强后的螺钉最大拔出力、最大破坏功耗明显增加(P < 0.05);正常组和骨质疏松组以骨水泥增强后螺钉的最大拔出力、最大破坏功耗相当。提示硫酸钙骨水泥增强后可以增加内固定螺钉的瞬时稳定性,硫酸钙骨水泥可以应用于骨质疏松患者骨折内固定的增强,具有较好的临床应用前景。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：     

生物力学评价颈椎前路椎弓根螺钉植入骨质疏松椎骨内的稳定性

背景：前路颈椎间盘切除植骨融合是治疗颈椎病的有效术式,该术式能够提供坚强固定且植骨融合率相对较高。但是,对于2个节段以上同时受累的颈椎,由于植骨跨度较大,内固定和植骨块稳定性较差,容易产生植骨融合失败、假关节形成等并发症,影响疗效。 目的：观察颈椎前路椎弓根螺钉植入骨质疏松椎骨内的生物力学稳定性。 方法：纳入12具人颈椎骨,包括6具骨密度正常颈椎骨和6具骨质疏松颈椎骨,共60个椎骨标本资料进行分析,将30个骨质疏松椎骨标本植入颈椎前路椎弓根螺钉设为颈椎前路椎弓根螺钉组,将30个骨密度正常椎骨标本植入前路椎体螺钉设为前路椎体螺钉组。从上述两组中根据骨密度值抽取40个椎骨,分别设置为即时正常骨密度组、即时骨密度疏松组、疲劳正常骨密度组以及疲劳骨质疏松组,每组10个椎骨。采用双能X射线骨密度仪测定各椎体骨密度值,采用ElectroForce 3510材料试验机对两种螺钉进行生物力学指标测试。 结果与结论：颈椎前路椎弓根螺钉组骨矿盐含量、椎体螺钉拔出力、椎体螺钉拔出刚度、椎弓根螺钉拔出力、椎弓根螺钉拔出刚度均显著高于前路椎体螺钉组(P < 0.05)。颈椎前路椎弓根螺钉即时正常骨密度标本最大轴向拔出力、即时骨质疏松标本最大轴向拔出力、疲劳正常骨密度标本最大轴向拔出力、疲劳骨质疏松标本最大轴向拔出力均显著高于高于前路椎体螺钉(P < 0.05)。结果证实,与颈椎前路椎体螺钉相比,颈椎前路椎弓根螺钉在骨质疏松椎骨内生物力学性能更加稳定。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     

成人颈椎椎弓根螺钉在儿童腰椎应用的可行性

背景：由于1~3岁幼年儿童椎体发育未完全成熟,各种解剖径线相对较成人小得多,尚无幼儿专用的椎弓根螺钉固定器械,现有能够利用的直径最小的椎弓根螺钉是用于成人颈椎侧块或椎弓根固定的钉棒系统。 目的：观察将成人颈椎椎弓根螺钉应用到成年猪颈椎与幼猪腰椎固定后的生物力学对比。 方法：将6具完整新鲜成年猪颈段C3~C6脊椎标本和6具完整8周龄新鲜幼猪腰段脊柱标本自椎间盘及关节处离断,游离成单个椎体,共54个椎体108侧椎弓根。按照标准操作将成人颈椎椎弓根螺钉分别安置在成年猪颈椎标本和幼猪腰椎标本的椎弓根上,应用生物力学方法测试螺钉的最大轴向拔出力。 结果与结论：颈椎标本最大轴向拔出力高于腰椎标本,但差异无显著性意义(P > 0.05);L1椎弓根螺钉的拔出力均值明显小于L3椎弓根螺钉的拔出力均值(P < 0.05);C5椎弓根螺钉的拔出力均值明显大于C3椎弓根螺钉的拔出力均值(P < 0.05);颈椎和腰椎标的骨密度差异有显著性意义(P < 0.01),椎体椎弓根力学数值与椎体骨密度之间存在线性正相关。说明取得了成人颈椎椎弓根螺钉在轴向拉力方面适应于幼儿腰椎的初步实验依据。     

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     

骨水泥和纳米骨浆强化椎弓根螺钉植入固定骨质疏松椎体的生物力学特点

背景：纳米骨浆和骨水泥注入是强化椎弓根螺钉固定的两种常用方法,但目前关于两种加强方法的强化效果比较的报道相对较少。 目的：对比骨水泥或纳米骨浆强化椎弓根螺钉植入固定骨质疏松椎体的生物力学特点。 方法：取24个人尸体椎弓根,均符合骨质疏松标准,随机均分为3组,对照组仅植入椎弓根螺钉,骨水泥组在钉道内注入骨水泥后植入椎弓根螺钉,纳米骨浆组在钉道内注入纳米骨浆后植入椎弓根螺钉。植入2 h后,检测各组标本最大轴向拔出力和最大旋出力矩。 结果与结论：骨水泥组、纳米骨浆组的最大轴向拔出力和最大旋出力矩均大于对照组(P < 0.05),并且骨水泥组的最大轴向拔出力和最大旋出力矩大于纳米骨浆组(P < 0.05)。表明骨水泥和纳米骨浆强化可有效提高椎弓根螺钉植入固定骨质疏松椎体的最大轴向拔出力和最大旋出力矩,且骨水泥强化效果更明显。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

胸椎椎弓根螺钉抗拔出强度的生物力学测试

目的 :分析骨密度 (bonemineraldensity ,BMD)和螺钉 椎弓根直径比对椎弓根螺钉拔出强度的影响。方法 :4例新鲜尸体脊柱T2 ～T1 2 椎骨 ,分解为单个椎体 44个 ,共 88个椎弓根。根据骨密度检查及椎弓根横径的测量结果 ,进行骨密度分组 :(A1) 0 .44～ 0 .5 2mg mm3;(A2 ) 0 .5 2～ 0 .70mg mm3;(A3 ) 0 .70～ 0 .92mg mm3和直径比 (椎弓根钉直径 椎弓根横径 )分组 :(B1) 40 %～ 5 5 % ;(B2 ) 5 5 %～ 70 % ;(B3 ) 70 %～85 % ,组合为 9个实验组 ,将 88个椎弓根分组进行拔出测试 (5mm min的速度垂直方向拔出 )。结果 :骨密度明显影响拔出强度 (P <0 .0 1) ,且各组间的差别均有统计学意义 (P均小于 0 .0 5 ) ;椎弓根钉直径 椎弓根横径比也明显影响拔出强度 (P <0 .0 1) ,但在B2组 (5 5 %～ 70 % )和B3组 (70 %～ 85 % )间的比较没有统计学意义 (P >0 .0 5 ) ;对于拔出强度来说 ,骨密度和椎弓根钉直径 椎弓根横径比之间有交互作用 ,即协同作用。结论 :建议最佳椎弓根钉直径 椎弓根横径比为 5 5 %～ 70 % ;对于重度骨质疏松的病例 ,应注意抗拔出力不能满足生理要求的危险性。     

膨胀式脊柱内固定系统椎弓根螺钉的生物力学测试

目的测试并比较自行设计的膨胀式脊柱内固定系统(expansivespinesystem,ESS)椎弓根螺钉以及CD-Ⅱ和GSS螺钉置入正常人腰椎体标本的最大轴向拔出力及最大旋入力矩,评价ESS螺钉脊柱固定稳定性。方法将30个正常成人腰椎椎体标本随机分为3组,每组10个椎体(20侧椎弓根),分别置入ESS、CD-Ⅱ和GSS椎弓根螺钉,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。结果三组螺钉的最大旋入力矩分别为(5.79±1.85)Nm、(5.19±0.75)Nm和(5.56±1.31)Nm,最大轴向拔出力分别为(2219.80±367.60)N、(1630.65±392.58)N和(1963.75±403.68)N。ESS螺钉最大轴向拔出力最大,且与CD-Ⅱ螺钉相比差异有非常显著性意义(P<0.01),与GSS螺钉相比有显著性意义(P<0.05)。结论ESS螺钉具有很强的椎弓根锚固作用。     

中上胸椎椎弓根-肋骨复合体应用不同截面积螺钉的力学特点

背景:由于椎弓根毗邻结构的重要性,一旦置钉偏差损伤毗邻结构后果极为严重,虽然胸椎椎弓根-肋骨复合体置入螺钉的安全性明显大于椎弓根螺钉,但关于椎弓根-肋骨复合体应用不同截面积的螺钉的力学研究尚少有人涉及。目的:分析中上胸椎椎弓根-肋骨复合体应用不同截面积螺钉的力学特征。方法:取5具新鲜成人胸椎T1-T10标本及相连的一段肋骨(长50-60 mm),以双功能骨密度测试仪测量椎体骨密度,排除骨质疏松椎体,同时行胸椎CT扫描。按照CT测量结果置入直径分别为5.5,6.0和6.5 mm的椎弓根螺钉,进行CT扫描证实螺钉的位置,生物力学测试机上测量每颗螺钉的最大拔出力。结果与结论:38个骨密度正常的标本共分别置入25枚5.5 mm、25枚6.0 mm和26枚6.5 mm螺钉,由于螺钉破坏椎弓根-肋骨复合体和螺钉穿破椎体,共得出68枚螺钉最大拔出力结果,三者的最大轴向拔出力分别为(812.36±147.22)N,(868.64±160.48)N,(946.48±157.58)N,其中6.5 mm与5.5 mm螺钉的最大轴向拔出力的差异有显著性意义(P0.05)。提示中上胸椎椎弓根-肋骨复合体中应用直径5.5 mm以上的椎弓根螺钉,可获得坚强的内固定,可满足临床内固定需要。     

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。     

两种椎弓根螺钉钉道强化技术在骨质疏松绵羊椎体的应用

目的应用绵羊骨质疏松椎体标本比较两种骨水泥强化技术对椎弓根螺钉固定强度的影响。方法经体外脱钙建立绵羊骨质疏松椎体标本40节,完全随机分为A组(单纯螺钉组);B组(低剂量整体强化组);C1组(低剂量局部强化组);C2组(高剂量局部强化组)。骨密度(bone mineral density,BMD)检测;螺旋CT及MicroCT的影像学观察;测试最大轴向拔出力(Fmax)及能量吸收值(E)。结果各组BMD下降约25%～30%(P>0.05),成功建立骨质疏松椎体模型。影像学观察:B组螺钉完全被骨水泥包裹,形成"骨-骨水泥-螺钉"界面;C2组螺钉周围骨水泥呈局部对称分布,形成"骨-螺钉"和"骨-骨水泥-螺钉"的共存界面。B,C1,2组椎体的Fmax及E均显著高于A组(P<0.05);B,C2组椎体的Fmax及E均明显高于C1组(P<0.05);B,C2组椎体间Fmax及E无显著性差异(P>0.05)。结论钉道整体强化及局部强化技术均能显著提高骨质疏松情况下椎弓根螺钉的固定强度;钉道局部强化技术通过提高注射剂量,可以达到与整体强化技术相近的强化效果。     

膨胀式椎弓根螺钉脊柱后路内固定的生物力学测试

目的　测试并比较自行设计的膨胀式椎弓根螺钉 (expansivepediclescrew ,EPS)与USS ,Tenor ,CDH椎弓根螺钉的最大轴向拔出力 ,评价EPS螺钉的椎弓根固定作用。方法　将 6 0个新鲜小牛腰椎随机分成 3组 ,每组 2 0个椎体(4 0侧椎弓根 ) ,每组均随机在一侧拧入EPS螺钉 ,对侧则分别拧入USS ,Tenor ,CDH螺钉 ,进行螺钉拔出实验 ,测试并记录最大轴向拔出力。结果　EPS ,USS ,Tenor ,CDH螺钉的最大轴向拔出力分别为 2 6 5 8 4N± 816 7N ,192 9 9N±4 84 9N ,184 9 8N± 5 75 9N ,1980 9N± 836 4N。EPS螺钉和其它三种螺钉的最大轴向拔出力相比均有非常显著差异 (P <0 0 1)。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作用。     

钉道局部点状固化技术强化椎弓根螺钉固定的生物力学研究

目的探讨钉道局部点状固化技术在体外强化椎弓根螺钉固定的效果。方法选用30个新鲜成年山羊腰椎。每一个椎体一侧椎弓根常规置钉(空白组);另一侧对钉道局部进行点状固化处理后拧入螺钉(实验组)。24h后,随机选取10个椎体行轴向拔出实验,其余20个椎体行周期抗屈实验。结果螺钉最大轴向拔出力(Fmax):空白组(637.60±109.95)N,实验组(816.50±134.88)N;螺钉拔出的能量吸收值:空白组(1.268±0.252)J,实验组(1.631±0.269)J,两组间差异均有统计学意义(P<0.05)。周期抗屈试验中,实验组的螺钉能够耐受更大的负荷或者在同等负荷下所产生的位移较小。结论钉道局部点状固化技术可以显著增加椎弓根螺钉固定的稳定性,为临床解决螺钉松动问题提供了新的研究方向,具有较好的临床应用前景。     

椎体骨密度与抗压强度的关系及临床意义

目的探讨椎体骨密度(BMD)与抗压强度的关系。方法18具完整腰段脊柱标本(L1～L5),用DEXA测试每个椎体的BMD,游离成单个椎体,按骨质疏松试行诊断标准分成正常对照组、轻中度骨质疏松组和重度骨质疏松组;测试椎体静态压缩下的最大抗压力和刚度。结果正常对照组、轻中度骨质疏松组和重度骨质疏松组平均骨密度分别为(0.916±0.191)、(0.594±0.116)和(0.402±0.096)g/cm     

脱钙率对同种异体骨理化性能的影响

目的 脱钙程度是影响脱钙骨基质物理性能的主要因素,完全脱钙的骨组织质地柔软,力学传导性不好,使用时易发生修补处的塌陷。故研究不同脱钙率的脱钙骨物理性能,为优选关节软骨支架材料提供理论基础。方法通过原子吸收分光光度计检测同种异体骨的钙含量,然后将骨块浸泡于脱钙液中,实时检测脱钙液中的钙离子,根据脱钙液中的钙离子含量,控制脱钙率。分别检测脱钙率为0%、30%、50%、70%、80%、99.9%时同种异体骨的孔隙率、吸水率、孔径、力学性能和降解率。结果 随着脱钙率的增加,同种异体骨的孔径、孔隙率、吸水率、降解率均明显增加,钙的流失,使骨块的强度降低、韧性增加,与关节软骨的匹配性增强。结论 80%脱钙率条件下,同种异体骨块的性能最优,在保证拥有合适的孔径、孔隙率的前提下,还具有一定的机械强度,其降解速率与成骨速率也相当,是一种非常有前景的关节软骨修复支架材料。     

2型糖尿病男性患者骨代谢指标与骨密度的相关性研究

目的：探讨2型糖尿病男性患者骨密度与骨代谢生化指标间的关系。方法：选取我科2014年1月至2015年12月入院的2型糖尿病男性患者102例,采用双能X线骨密度仪,测定腰椎(L2~L4)、股骨上端[包括股骨颈(Neck)、华氏三角(Ward)及股骨粗隆(Troch)]和全身的骨密度(bone mineral density, BMD)值;根据T值将这些患者分为骨量正常组(44例)、骨量减少组(36例)和骨质疏松组(29例),采用酶联免疫法测定各组碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、N-端中段骨钙素(N-MID-OT)、总Ⅰ型胶原氨基端延长肽(type 1 amino-terminal propeptide,tP1NP)和β胶原特殊序列(β-CTX)的浓度,比较三组骨代谢指标的变化,并对BMD与各项骨代谢指标进行相关性分析。结果：随着骨密度的降低,骨代谢指标的水平逐渐增高,其中,N-MID-OT和β-CTX的水平在三组间的差异皆有统计学意义(P<0.05);tP1NP在骨质疏松组和其余两组有统计学差异(P<0.05);ALP在三组间无统计学差异(P>0.05)。骨量减少组中,N-MID-OT与Neck、Troch及全身的BMD呈负相关(r=?0.754,?0.663,?0.743;P<0.05),β-CTX与Ward的BMD呈负相关(r=?0.273;P<0.05);骨质疏松组中, N-MID-OT与所有部位的BMD呈负相关(r=?0.736,?0.562,?0.715,?0.521,?0.436;P<0.05),β-CTX与Neck、Ward及全身的BMD呈负相关(r=?0.532,?0.614,?0.764;P<0.05)。结论：2型糖尿病男性患者骨密度与骨代谢指标呈负相关,两者联合评估有助于早期预防骨质疏松。     

Axial cyclic behavior of the bone-screw interface

Screw fixation strength is investigated by using a pullout test. Despite many screw pullout studies, the effects of loading rate on the pullout behavior of pedicle screws are not known. The objective of this study was to assess the effects of loading rate on the pullout stiffness and strength of pedicle screws. Sixty pedicle screws were inserted in foam blocks and pulled out at four different rates: 0.1, 1, 5 and 50 mm/min. Twenty of these 60 screws were cycled non-destructively at four different rates sequentially, i.e., 0.1, 1, 5 and 50 mm/min prior to pullout. Ten additional pedicle screws were inserted in five calf lumbar vertebrae, cycled as in foam group, and pulled out at a rate of either 0.1 or 50 mm/min. The results showed that the stiffness was higher at all rates compared to 0.1 mm/min in foam model but in bone model only 1 and 5 mm/min groups were higher compared to 0.1 mm/min. The pullout strength in 50 mm/min group was higher than that in 0.1 mm/min group in both foam and bone model. The results suggested that loading rate influenced the mechanics of the bone-screw interface. Therefore, a fair comparison between the pullout studies can be achieved under same loading rate conditions. Moreover, the cycling of the pedicle screws in axial direction within a pre-yield region showed an unusual hysteresis curve. Further studies are needed for a better understanding of the mechanics of the screw-bone interface.