三种胸腰椎前路内固定器的生物力学评价

背景胸腰椎前路内固定器械可分为两类一类为以Kaneda代表的钉棍系统,一类为以Z-plate等代表的钉板系统.它们均具有良好的生物力学性能,但这类器械均为国外进口,价格昂贵,国内普通患者难以承受.作者在各种胸腰椎前路钢板系统和国人脊柱解剖特点的基础上,研制出一套适合国人胸腰椎形态学特点的前路新型钛合金钢板(NTP).目的对DunnⅢ,NTP,Z-plate等3种前路内固定器生物力学进行比较,为临床应用提供科学的理论依据.设计抽样调查.单位苏州大学附属第二医院骨科和南通市虹桥医院放射科.对象实验于2003-05/08在上海大学生物力学工程研究所完成.选择15具健康成年人体新鲜脊柱标本.方法采用新鲜成人胸腰椎标本(T12～S1)15具,制成前、中柱损伤模型,分别以DunnⅢ、NTP、Z-plate固定,进行强度、刚度和稳定性的研究.主要观察指标测量3组标本在轴向压缩、前屈、后伸、侧屈等4种工况下的载荷-应变变化,载荷-位移变化.结果15具成年人体新鲜脊柱标本,均进入结果分析.在最大载荷500N下,Z-plate平均应变最小为410 uε,NTP平均应变其次为430 uε,而Dunn平均应变最大477 uε;脊柱的平均纵向位移,Z-plate组最小为2.23 mm,NTP组为2.38 mm,而Dunn组的平均纵向位移为2.85mm.胸腰椎骨折采用三种前路内固定器固定后,在脊柱的强度、刚度和稳定性方面,NTP、Z-plate均优于DunnⅢ(P＜0.05),而NTP和Z-plate差异无显著性意义(P＞0.05).结论NTP和Z-plate系统符合脊柱的生物力学,能有效恢复失稳脊柱的稳定性,是较为理想的前路内固定器.     

椎弓根内固定置钉方法改进的生物力学特征

目的：探讨椎弓根内固定置钉方法改进后的生物力学性能。方法：实验于2001—12／2002—12在上海科技大学生物力学实验室完成。采集成人湿润固定的胸腰椎标本6具，12个功能节段，采用咬除进针点周围5mm的骨皮质和保留骨皮质，由开路器准备钉道两种方法。拔出试验中，实验组去皮质范围为约5mm，对照组为保留骨皮质。采用Magerl定位法，进针方向与矢状面呈5&;#176;～15&;#176;。然后，进行Steffee椎弓根器械内固定，采用直径为6mm的螺钉。用实验应力分析法比较其脊柱的强度和刚度等生物力学性能。测试仪器采用WD-5万能试验机和NT-100B扭转试验机。结果：对两类标本进行应变—强度分析，位移—刚度分析脊柱在轴向中心压缩、前屈、后伸、侧屈及扭转状态下系统分析结果表明：咬除进针点部分骨皮质，探明骨道，置钉准确，坚强有效的固定与未咬除骨皮质标本的强度和刚度差异无显著性意义(P&;gt;0．05)。试验中也看到，如果去皮质的范围过大，将会降低拔出力(P&;lt;0．05)。结论：进钉点咬除部分骨皮质行椎弓根内固定，对脊柱的强度和刚度无明显影响，手术方法安全，简单，实用，但应注意咬除皮质的范围不应超过螺钉的直径，否则会降低拔出力。     

椎弓根内固定置钉方法改进的生物力学特征

目的:探讨椎弓根内固定置钉方法改进后的生物力学性能。方法:实验于2001-12/2002-12在上海科技大学生物力学实验室完成。采集成人湿润固定的胸腰椎标本6具,12个功能节段,采用咬除进针点周围5mm的骨皮质和保留骨皮质,由开路器准备钉道两种方法。拔出试验中,实验组去皮质范围为约5mm,对照组为保留骨皮质。采用Magerl定位法,进针方向与矢状面呈5°～15°。然后,进行Steffee椎弓根器械内固定,采用直径为6mm的螺钉。用实验应力分析法比较其脊柱的强度和刚度等生物力学性能。测试仪器采用WD-5万能试验机和NT-100B扭转试验机。结果:对两类标本进行应变-强度分析,位移-刚度分析脊柱在轴向中心压缩、前屈、后伸、侧屈及扭转状态下系统分析结果表明:咬除进针点部分骨皮质,探明骨道,置钉准确,坚强有效的固定与未咬除骨皮质标本的强度和刚度差异无显著性意义(P>0.05)。试验中也看到,如果去皮质的范围过大,将会降低拔出力(P<0.05)。结论:进钉点咬除部分骨皮质行椎弓根内固定,对脊柱的强度和刚度无明显影响,手术方法安全,简单,实用,但应注意咬除皮质的范围不应超过螺钉的直径,否则会降低拔出力。     

三种后路脊柱内固定器的生物力学疲劳特性分析

目的 探讨3种脊柱后路内固定器的疲劳特性。方法 制备L3椎体损伤模型。按临床手术方法分别安装RF、改良Edwards装置（ED）和NSPF内固定器。在SANS材料实验机上，以频率2Hz加载变化（440&;#177;165）N对标本进行10万次疲劳试验。观察：3种内固定器失败时的平均循环次数；初始状态和10000次疲劳后各组刚度变化及固定节段下位椎间盘位移变化。结果 3种内固定器失败时的平均循环次数为：ED（52700次），RF（73300次），NSPF（70000次）；疲劳前ED、RF和NSPF3组间无明显差异；10000次疲劳后RF和NSPF组位移变化明显高于ED组（P＜0．05）；疲劳前后各组固定节段下位椎间盘位移与完整标本相比无明显变化（P＞0．05）。结论 RF和NSPF内固定器具有较好的抗疲劳特性；短节段内固定器对固定节段下位椎间盘未见明显影响。     

Z-plate在前路手术治疗胸腰椎爆裂骨折中的应用

目的：评估总NZ—plate在治疗胸腰椎爆裂骨折中的应用和价值。方法：对21例胸腰椎爆裂骨折患者行前路减压，植骨Z—plate内固定术，观察术前、术后神经功能恢复情况。结果：随访时间5～20个月，平均9．3个月。按照Frankel分级：术前A级3例，B级5例，C级10例，D级2例，E级1例；术后A级3例，B级2例，C级5例，D级8例，E级3例，无术中、术后并发症，未见钢板和螺钉断裂及松动现象。结论：该系统具有稳定性好，操作简单，安全，合并症少，内固定材料生物相容性好，术后MRI及CT检查干扰轻微等优点。适用于胸腰椎前路减压并重建脊柱稳定性的治疗。     

AF系统内固定器治疗胸腰椎骨折98例体会

【目的】综合评价AF椎弓根螺钉内固定器治疗胸腰椎骨折和(或)合并脊髓神经损伤的效果。【方法】回顾分析98例应用AF椎弓根内固定系统治疗的胸腰椎骨折患者手术前后的临床体征、X线片和脊髓神经功能恢复情况。【结果】平均随诊23个月,98例患者椎体高度均基本恢复,脊髓神经功能明显改善(术前、后比较P值<0.01)。Cobb角由术前平均40°恢复到术后平均7°。【结论】AF椎弓根内固定器能达到精确复位固定及椎管有效减压,是一种治疗胸腰椎骨折的有效方法。     

胸腰椎不稳定骨折三种内固定器治疗分析

我院自1989年3月至2003年3月，采用椎弓根螺钉技术治疗胸、腰椎不稳定骨折。先后运用椎弓根螺钉、钢板(下称：Roy-Camille)和经椎弓根螺钉复位内固定(下称：改良RF及SF)三种内固定器，治疗胸、腰椎骨折共150例，经近期随访，疗效满意。现就治疗方法，术后疗效及三种内固定器优、缺点，适应症作分析。     

三种后路脊柱内固定器的生物力学疲劳特性分析

目的探讨3种脊柱后路内固定器的疲劳特性。方法制备L3椎体损伤模型。按临床手术方法分别安装RF、改良Edwards装置(ED)和NSPF内固定器。在SANS材料实验机上,以频率2Hz加载变化(440±165)N对标本进行10万次疲劳试验。观察:3种内固定器失败时的平均循环次数;初始状态和10000次疲劳后各组刚度变化及固定节段下位椎间盘位移变化。结果3种内固定器失败时的平均循环次数为:ED(52700次),RF(73300次),NSPF(70000次);疲劳前ED、RF和NSPF3组间无明显差异;10000次疲劳后RF和NSPF组位移变化明显高于ED组(P<0.05);疲劳前后各组固定节段下位椎间盘位移与完整标本相比无明显变化(P>0.05)。结论RF和NSPF内固定器具有较好的抗疲劳特性;短节段内固定器对固定节段下位椎间盘未见明显影响。     

抗旋转复位内固定器与4种经椎弓根内固定器的生物力学差异比较

目的观察抗旋转复位内固定器与其他 4种经椎弓根内固定器的生物力学差异,为临床应用获取实验依据.方法 10具新鲜健康成人 T11～ L3脊柱标本,分为 5组,分别使用 ARRIF, AF, RF, Dick钉、 Steffee钢板在屈曲压缩骨折模型、屈曲牵张型损伤模型上测试内固定器的抗压缩、抗屈伸、抗侧弯、抗旋转能力.结果 ARRIF,AF,RF抗轴压较强(F=373,P< 0.01), ARRIF,AF抗屈伸较强(F=244, 440; P< 0.01), ARRIF,AF,Steffee钢板抗侧弯能力较强(F=436,P< 0.01), ARRIF, RF, Steffee钢板抗扭转能力较强(F=107～ 1 253,P< 0.01).结论 ARRIF在不同脊柱骨折模型中具有确实的三维固定作用,其他经椎弓根内固定器以 AF,RF三维固定作用较为确实.     

抗旋转复位内固定器与4种经椎弓根内固定器的生物力学差异比较

目的：观察抗旋转复位内固定器与其他4种经椎弓根内固定器的生物力学差异，为临床应用获取实验依据。方法：10具新鲜健康成人T11～L3脊柱标本，分为5组，分别使用ARRIF，AF，RF，Dick钉、Steffee钢板在屈曲压缩骨折模型、屈曲牵张型损伤模型上测试内固定器的抗压缩、抗屈伸、抗侧弯、抗旋转能力。结果：ARRIF，AF，RF抗轴压较强(F=373，P&;lt;0.01)，ARRIF,AF抗屈伸较强(F=244，44．0；P&;lt;0．01)，ARRIF，AF，Steffee钢板抗侧弯能力较强(F=436，P&;lt;0．01)，ARRIF，RF，Steffee钢板抗扭转能力较强(F=107～1253，P&;lt;0．01)。结论：ARRIF在不同脊柱骨折模型中具有确实的三维固定作用，其他经椎弓根内固定器以AF，RF三维固定作用较为确实。     

Centaur钉板系统固定治疗胸腰椎骨折应用研究

目的　探讨Centaur钉板系统在胸腰椎骨折前路减压中的复位、固定效果。方法　本组 4 7例 ,均为胸腰椎骨折前方压迫 ,其中屈曲压缩Ⅲ型 9例 ,暴裂骨折 2 9例 ,骨折脱位 9例 ,采用前路减压、植骨、Centaur钉板系统复位、固定。结果　均获随访 3月以上 ,无术中、术后并发症 ,未见钢板和螺钉断裂及松动现象。骨折椎体固定稳定 ,高度和生理曲度得以恢复。结论　胸腰椎骨折前路减压、植骨 ,采用Centaur钉板系统复位、固定有助于在手法复位的基础上提供更为客观、满意的复位效果 ,达到更为准确地重建脊柱的解剖功能。     

颈椎前路钢板内固定系统在脊柱内固定中的生物力学特性

颈椎前路钢板内固定系统可明显增强颈椎的稳定性，并使植骨融合率得到提高，减少植骨相关并发症。目前临床应用的多为单皮质螺钉固定的带锁钢板，根据锁定机制的不同，带锁钢板可分为限制性钢板和非限制性钢板，分别以Orion钢板和Zephir钢板为代表，Orion钢板独特的设计可有效防止松质骨螺钉的脱出和滑移，使固定节段瞬间即获得有效的稳定，但Orion钢板的坚强固定会产生应力遮挡，影响融合效果，Zephir钢板通过固定椎体的螺钉在角度上或者位置上的微动来达到动力加压的效果，可使植骨块与植骨床之间紧密接触，提高融合率。同种异体骨植入时，使用钢板固定能够保证节段间稳定，增加融合率，防止骨块脱落及下沉，最终促进同种异体骨被新骨替代。钛网植骨联合颈椎钢板内固定具有明显生物力学优势能，提供足够的重建后稳定，临床应用也取得了满意的疗效。     

三种固定器械置入固定胫骨骨折的生物力学分析

背景:胫骨骨折后以胫骨骨折髓内钉、钢板内固定和外固定支架固定后骨折断端的轴向压缩、弯曲、扭转力将发生怎样的变化?目的:对比观察胫骨轴向控制髓内钉,胫骨接骨钢板及胫骨外固定支架3种内外固定器械置入固定胫骨骨折的生物力学特性.设计、时间及地点:观察性实验,于2007-08在吉林大学力学实验中心完成.材料:新鲜胫骨标本9对,由白求恩医科大学解剖教研室提供;夹具由吉林大学力学实验中心提供;胫骨轴向控制髓内钉为上海浦卫医疗器械厂产品;胫骨接骨板(钢板)为常州华森医疗器械有限公司产品;胫骨外固定支架为常州市康辉医疗器械有限公司产品.方法:9对新鲜尸体胫骨,随机分为髓内钉组,接骨板组和外固定支架组,每组3对.以线锯在胫骨中段锯开,制成DAT分类A1型骨折模型,分别以胫骨轴向控制髓内锁钉、钢板、外固定支架固定标本,在电子万能试验机上对3组标本进行轴向压缩实验和弯曲实验,在扭转试验机上进行扭转实验.主要观察指标:标本承受轴向压缩、弯曲载荷时的位移值和在转矩作用下扭转角度.结果:髓内钉组轴向压缩,弯曲位移小于接骨板组和外固定支架组,但差异无显著性意义(P > 0.05),髓内钉固定组扭转角度小于接骨板组和外固定支架组,差异有显著性意义(P < 0.05).结论:髓内钉内固定胫骨骨折组标本抗弯、抗扭、抗轴向压缩能力强,具有较好的力学特性.钢板固定组和外固定支架组抗弯和抗轴压缩能力也较强,虽抗扭转能力不如髓内钉组,但也具有较好的力学特性.     

前路一期病灶清除椎间植骨前路内固定治疗胸腰椎结核54例

目的:探讨一期病变椎体切除椎体间植骨前路内固定治疗胸腰椎结核的手术的方法和临床效果.方法:54例病变累及1-5椎节的胸腰椎结核患者,术前正规抗结核化疗2～4周,一期行前路病灶彻底清除,病变椎体切除或半切除,椎管减压,自体髂骨、肋骨椎体间植骨,脊柱前路内固定重建脊柱稳定性,术后卧床4～8周,继续正规化疗12～18个月左右.观察术后腰背部疼痛缓解、脊髓神经功能恢复、植骨融合及结核有无复发情况.结果:随访1～4年,平均3.5年,结核病灶顺利愈合,术前伴有脊髓功能障碍的18例患者术后神经功能均基本恢复,植骨均融合,内固定无失效,畸形明显矫正,无复发病例.结论:前路一期病灶彻底清除、椎体间植骨、内固定的手术方式有利于病变切除彻底,椎管减压满意,脊柱稳定性重建可靠,术后结核无复发.     

椎弓根螺钉置入内固定治疗胸腰段骨折脱位后脊柱的生物力学变化

背景：对于胸腰段椎体爆裂性或粉碎性骨折,临床多行前路减压、植骨融合、钢板螺钉置入内固定。后路手术包括椎板切除减压、椎弓根螺钉置入内固定。 目的：探讨椎弓根螺钉置入内固定系统治疗胸腰段骨折脱位后脊柱的生物与力学变化。 方法：胸腰段骨折脱位的患者46例,给予椎弓根螺钉置入内固定系统治疗,观察内固定前后、当时及随访1年后脊髓损伤恢复情况及骨折复位情况。 结果与结论：46例患者均获得随访,采用Frankel功能分类法评估脊髓损伤的分级,各时期A级所占百分比差异无显著性意义（P 〉0.05）,螺钉置入内固定后当时及随访1年后B-E级与内固定前比较,均有显著性意义（P 0.05）。采用前缘高度百分比、后缘高度百分比、Cobb角等指标评估骨折复位情况,各时期后缘高度比较,差异无显著性意义（P 〉0.05）,螺钉置入内固定后当时及随访1年后的前缘高度、Cobb角与内固定前比较,差异均有显著性意义（P 0.05）。说明针对胸腰段骨折脱位的患者实施椎弓根置入内固定系统治疗,有利于骨折复位及脊髓神经功能恢复。     

胸腰段脊柱骨折前路减压与内固定术的技术改进

目的 针对胸腰段前路手术创伤大、时间长、出血多等问题进行技术改进。方法 采用经第12肋胸膜外-腹膜后入路显露，L4骨折保留第12肋；对伤椎相邻椎体血管不予处理；对螺钉固定位置和操作程序进行改进；同时实施控制性降压。每例病人至少实施四项技术改进中的两项。结果 采用改进技术，治疗胸腰段脊柱骨折25例，手术均获成功，手术时间110～150min（平均130min），术中失血350～900ml（平均550ml），切口长度12～20cm（平均15cm），术中损伤腹主动脉1例，损伤胸膜2例。所有病例均获随访，随访时间3～50个月（平均18．3个月），术后椎管明显扩大，无神经压迫症状加重，发生内固定松动1例。神经功能按ASIA分级标准改变如下：术前3例A级，术后恢复为A级2例，B级1例；术前B级4例，术后恢复为B级1例，C级1例，D级2例；术前14例C级，术后恢复为C级1例，D级3例，E级10例；术前4例D级，术后恢复为E级4例。结论 本技术改进具有缩短手术时间，减少术中失血和减轻手术创伤的优点，更有利于选择前路手术来治疗胸腰段爆裂骨折。     

前置与上置重建钢板固定锁骨中段骨折生物力学性能比较

背景:锁骨中段粉碎性骨折采用切开复位内固定时,其钢板放置方法尚有争议,须经研究证实重建钢板前置与上置的生物力学差异,从而为临床治疗提供有效指导.目的:比较前置与上置重建钢板固定锁骨中段骨折的生物力学性能.方法:采集12具成人新鲜锁骨标本(共24根),致中段锁骨粉碎骨折,分别采用6孔钢板固定并将标本随机分为3组:钢板上置组(n=9):重建钢板经塑形后,固定于锁骨骨折标本上方,保证骨折线两端均有3枚螺钉;钢板前置组(n=9):重建钢板经塑形后,固定于锁骨骨折标本上方,保证骨折线两端均有3枚螺钉;正常标本组(n=6):无任何干预措施.测试各组试件的生物力学特性,并进行比较.结果与结论:三点弯曲强度、扭转强度和刚度测量表明,钢板上置组和钢板前置组与正常标本组相比,差异无显著性意义(P>0.05);而拉伸试验表明,钢板前置组内固定抗拉强度和刚度优于钢板上置组(P<0.05);抗拔力亦明显优于钢板上置组(P<0 05);同时钢板前置组内固定应力遮挡小,明显优于钢板上置组(P<0.05).提示钢板前置是治疗锁骨中段粉碎性骨折的一种可靠治疗方法.     

Biomechanical comparison of femoral fixation devices for anterior cruciate ligament reconstruction using a novel testing method

Background

A novel biomechanical test method was implemented to compare the mechanical performance of two femoral fixation anchors (AperFix(r), Cayenne Medical, Scottsdale, AZ, USA or the AppianFx(r), KFx Medical, Carlsbad, CA, USA) that were utilized in anterior cruciate ligament reconstruction.

Methods

Anterior cruciate ligament reconstructions were performed in 20 porcine femurs by using bovine extensor tendon grafts secured with 9 mm femoral anchors (AperFix(r) or AppianFx(r)). 10 specimens were tested for each anchor type. Infrared position sensors determined the repair construct displacements during conditioning (20 cycles at 5–50 N at 0.25 Hz), cyclic loading (1500 cycles at 50–200 N at 1 Hz), and ultimate loading (150 mm/min). Outcomes included tendon elongation, anchor displacement, stiffness, maximum load, yield load, and load at 5mm of anchor displacement. It was hypothesized that there would be no differences in the outcomes of these two devices. Independent measure t-tests compared the performance of the devices (p < 0.05).

Findings

The performance of the two anchors was comparable during the cyclic loading. During ultimate loading, a statistically higher yield load (p < 0.01) and a load at 5 mm of anchor displacement (p < 0.01) were demonstrated for the AppianFx(r) as compared to AperFix(r). Maximum load and stiffness were not significantly different.

Interpretation

Given the good clinical track record of the AperFix(r), the comparable, and in some cases superior, the biomechanical data presented here for the AppianFx(r) are encouraging for their clinical implementation. This study also introduced a novel test method that directly tracks the relevant construct displacements during cyclic and ultimate loading tests of the anterior cruciate ligament reconstructions.     

前路病灶清除植骨内固定治疗胸腰椎结核

目的探讨一期前路病灶清除、植骨内固定治疗胸腰椎结核的临床效果。方法采用前路病灶清除植骨K-plate固定治疗9例胸腰椎结核。结果经随访1.5～3年,9例患者均治愈,无复发,植骨部位全部骨性融合,融合时间4～6个月,后凸畸形矫正角度平均15°。结论该术式对胸腰椎结核可彻底清除病灶,比较好地进行椎管减压和脊柱矫形,完成脊柱稳定性重建,有利于患者早期离床活动,提高治愈率。