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。     

经后路椎弓根钉置入内固定结合硫酸钙椎体成形治疗胸腰椎压缩性骨折的生物力学特征

背景:目前硫酸钙骨水泥用于胸腰椎压缩性骨折的生物力学研究仅限于骨折椎的单个椎体,未对脊柱压缩性骨折经后路椎弓根固定以及骨折椎体硫酸钙骨水泥成形后的脊柱单元进行生物力学分析,如作为一个整体进行分析更符合临床的实际情况.目的:分析经后路椎弓根螺钉置入内固定结合硫酸钙椎体成形术治疗胸腰椎压缩性骨折的生物力学性能.设计、时间及地点:对比观察,于2009-03在上海大学生物力学研究所完成.材料:采集15具新鲜成年小牛胸腰椎标本,制成T_(11)～L_1脊柱功能单位,将标本分成3组,即正常完整标本组、后路复位椎弓根钉固定组及椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组.方法:除正常完整标本组外,将其他两组标本制成T_(12)椎体屈曲压缩性骨折模型,分别采用后路复位椎弓根钉固定及后路复位椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形术.主要观察指标:3组标本在WE-10型万能材料试验机上加载不同级别载荷,在轴向压缩、屈曲、伸展、侧屈4种状态下检测脊柱功能单位的载荷-应变关系、载荷-位移关系、强度、刚度及抗扭等生物力学性能,进行组间比较.结果:胸腰椎载荷-应变及载荷-位移关系呈线性变化,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组的椎体和椎间盘平均应变比后路复位椎弓根钉固定组低14%和12%,比正常完整标本组的低21%和13%.3组标本位移比较,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组位移分别比后路复位椎弓根钉固定组、正常完整标本组减少25%和37%.胸腰椎脊柱功能单位的椎体和椎间盘的强度,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组比后路复位椎弓根钉固定组高14%和24%,比正常完整标本组高13%和20%.胸腰椎刚度方面,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组比后路复位椎弓根钉固定组、正常完整标本组分别高44%和53%.胸腰椎脊柱功能单位最大抗扭强度方面,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组分别比后路复位椎弓根钉固定组、正常完整标本组高18%和30%;扭转刚度方面,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组分别比后路复位椎弓根钉固定组、正常完整标本组高30%和40%.以上数据差异均具有显著性意义(P<0.05).结论:经后路椎弓根螺钉置入内固定结合硫酸钙椎体成形术治疗胸腰椎压缩性骨折的生物力学性能是优越的,不但强度、刚度大,而且术后的胸腰椎体稳定,有利于减轻内植物的应力负荷,进而降低螺钉的松动、折断发生率及术后椎体高度的丢失.     

骨水泥椎体强化椎弓根钉置入对骨质疏松脊柱生物力学稳定性的影响

背景:伴有骨质疏松患者的脊柱内固定松动、脱落是脊柱外科一个复杂而棘手的问题.用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥强化椎弓根螺钉可增加伴有骨质疏松患者的椎弓根螺钉防止椎弓根钉的松动及脱落.目的:评价聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥椎体强化后椎弓根钉固定对不稳定骨质疏松脊柱的生物力学稳定性影响.设计、时间及地点:体外生物力学实验,于2008-03在上海大学生物力学实验室完成生物力学实验.材料:12具新鲜老年女性尸体T10-L3椎体标本,制成T12、L1间的不稳定模型,采用椎弓根螺钉系统固定.方法:将标奉按照不同的处理方式分为4组.①对照组:为完整标本,只进行生物力学性能的测试.②一次固定组:对照组测试后随机选取6具不稳定模型,行T11～L2椎弓根钉固定.③二次固定组:一次固定组标本完成稳定性测试后,取出所有椎弓根螺钉,分别用注射器向T11～L2椎弓根钉道注入配制好的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥骨水泥2.0 mL后再次拧入螺钉固定.④强化固定组:将余下的6具标本于T11～L2双侧椎弓根分别以直径3.5 mm的钻头导孔,沿孔道插入直径3.5 mm的穿刺导管,插入深度为40 mm,用加压注射器经导管缓慢向椎体内加压注射配制好的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥3.5 mL后拧入螺钉固定.主要观察指标:进行轴向压缩、前屈,后伸、左,右侧弯、左,右旋转7项非损伤性加载,比较上述4组不同状态下脊柱的相对运动范围变化.结果:与一次固定组比较,二次固定组及强化固定组脊柱的相对运动范围增加(P<0.05),强化固定组与二次固定组组间比较,差异无统计学意义(P>0.05).结论:椎体成形强化椎弓根钉固定及钉道强化固定均可明显增强不稳定骨质疏松脊柱的稳定性.     

磷酸钙骨水泥强化椎弓根螺钉固定的生物力学特性

背景:聚甲基丙烯酸甲酯能改善椎弓根螺钉和周围骨质间界面的情况、显著提高螺钉固定强度,但它在术中和术后伴有聚合热损伤效应、毒性和不可吸收等缺点。磷酸钙骨水泥具有生物相容性和生物安全性好、可降解、不产生聚合热等优点,是一种较理想的聚甲基丙烯酸甲酯替代材料。目的:从生物力学方面评价磷酸钙骨水泥对椎弓根螺钉固定的强化作用。设计:随机对照,重复观察测量。单位:南京医科大学第二附属医院骨科。材料:实验于2002-08/2003-02在华中科技大学同济医学院完成。①由同济医科大学解剖教研室提供两具新鲜男性尸体椎骨,一具52岁,一具50岁。各取10个椎骨(T8～12,L1～5)分别构成52岁组和50岁组。摄X线片排除先天性畸形、骨折和肿瘤等病变。两组椎骨均为Ⅰ级骨质疏松,符合实验要求。②磷酸钙骨水泥固相主要成分是磷酸四钙和磷酸三钙超细粉末,液相主要成分是枸橼酸盐溶液,使用时按1g固相:1mL液相的比例进行配制,初步凝固时间15min,最终凝固时间12h,最大压缩强度介于45～57MPa。③椎弓根螺钉自制,螺钉直径5mm,螺纹段长34mm,螺距2mm,螺纹深0.8mm。方法:①磷酸钙骨水泥最终凝固时强化椎弓根螺钉固定的生物力学测试:取50岁组椎骨作为测试对象。对照侧:钉道直接置入椎弓根螺钉;强化侧:填入磷酸钙骨水泥再置入椎弓根螺钉。置钉后的椎骨在37℃恒温箱里放置12h,然后测定椎弓根螺钉的最大轴向拔出力。②磷酸钙骨水泥初步凝固时强化椎弓根螺钉固定的生物力学测试:取52岁组椎骨作为测试对象。用同样方法在椎弓根对照侧直接置入椎弓根螺钉,强化侧填入骨水泥后再置入椎弓根螺钉,37℃恒温箱里放置15min,测定椎弓根螺钉初步凝固时的最大轴向拔出力。③磷酸钙骨水泥强化松动椎弓根螺钉固定的生物力学测试:取测试后的50岁组椎骨,用磷酸钙骨水泥重新固定12h后拔松的椎弓根螺钉,测定其两侧的最大轴向拔出力。主要观察指标:①磷酸钙骨水泥最终凝固时强化椎弓根螺钉固定的生物力学测试结果。②磷酸钙骨水泥初步凝固时强化椎弓根螺钉固定的生物力学测试结果。③磷酸钙骨水泥强化松动椎弓根螺钉固定的生物力学测试结果。结果:①50岁组对照侧和强化侧的椎弓根螺钉最大轴向拔出力中位数分别为620N和1136N,强化侧较对照侧增加83%(P<0.01)。强化骨-螺钉界面的抗剪切应力中位数从1.16N/mm2增加到2.13N/mm2。②52岁组对照侧和强化侧的椎弓根螺钉最大轴向拔出力中位数分别为554.5N和859.5N,强化侧较对照侧增加55%(P<0.01)。强化骨-螺钉界面的抗剪切应力中位数从1.039N/mm2增加到1.61N/mm2。③50岁组椎骨对照侧和强化侧重新固定12h后最大轴向拔出力中位数分别为517N和876N,和同侧松动后轴向拔出力中位数比较,分别增加了63.6%和54.2%(P均<0.01)。结论:磷酸钙骨水泥初步凝固和最终凝固时能强化椎弓根螺钉的固定,并且椎弓根螺钉松动后使用磷酸骨水泥能使螺钉重新获得固定。椎体强化侧的椎弓根螺钉均从骨-螺界面剥离开来,不伴周边骨质和椎弓根的严重损害,有利于螺钉松动、拔出后的二次置入。     

定向灌注椎弓根螺钉的生物力学分析

背景:椎弓根螺钉内固定的可靠性取决于骨-螺钉界面把持力的维持.目的:分析定向灌注椎弓根螺钉强化椎弓根螺钉固定的生物力学效果.设计、时间及地点:对比观察试验,于2007-12在南方医科大学脊柱外科实验室和南方医科大学广东省生物力学重点实验室完成.材料:①标本取自6具新鲜成人尸体,由南方医科大学解剖实验室提供,T12～L5共36个椎体,随机选取30个椎体进行试验.②自行设计的定向灌注椎弓根螺钉由螺钉、螺母、定向灌注钉芯3个部分组成.③天津合成材料研究所生产的注射用Ⅲ型丙烯酸树脂骨水泥.标本试验机上固定标本使用上海第二医科大学口腔材料厂甲基丙烯酸甲酯粉和单体.④MTS858 Bionix材料试验机,拔出速率选用5.0mm/min.方法:对照组10个椎体一侧椎弓根放置直径6.5mm的空心侧孔椎弓根螺钉,另一侧放置实心螺钉,行最大轴向拔出力试验.修复组10个椎体行拔松螺钉后分别向空心和实心螺钉道注入甲基丙烯酸甲酯3～5mL,拧入螺钉,行最大轴向拔出力试验.强化组10个椎体置入空心侧孔螺钉和实心螺钉,用直径3.5mm的钻头分别导孔,注入甲基丙烯酸甲酯和拧入螺钉,再行最大轴向拔出力试验.10个空心侧孔螺钉和10个实心螺钉分别做剪切试验.主要观察指标:①最大轴向拔出力.②强化或修复后有无骨水泥渗漏.③最大剪切力.结果:①空心侧孔椎弓根螺钉对照组拔出力为(798.24±139.86)N,修复组为(1476.21±223.09)N,强化组为(1741.33±317.79)N:实心螺钉对照组拔出力为(904.374±212.03)N,修复组为(1828.42±239.68)N,强化组为(1783.374±250.49)N.对照组与修复组和强化组差别显著(P=0.000),强化组和修复组间差异无显著性意义(P=0.330).②定向灌注螺钉通过中空部分注入甲基丙烯酸甲酯,未见椎弓根外或椎管内有甲基丙烯酸甲酯溢出.③空心侧孔螺钉和实心螺钉最大剪切力分别为(3981.77±8.06)N和(3994.78±4.40)N.两样本均数统计学上差异无显著性意义.结论:定向灌注椎弓根螺钉注入甲基丙烯酸甲酯可显著增加椎弓根螺钉的稳定性,并能减少甲基丙烯酸甲酯向椎弓根外或椎管内溢出,适用于螺钉松动和拔出的修复固定.     

骶骨S2椎弓根外进钉固定的生物力学分析

背景:模拟骶骨骨折S2椎弓根钉外进钉固定拔出力与在拔出椎弓钉时的应变电测分析鲜有报道。目的:测量S2椎弓根外进钉固定拔出力与骶骨应变分布,为临床提供生物力学参数。方法:取正常国人新鲜尸体骶骨标本,以椎弓根钉外进钉方法固定于S2椎弓根,以小型力传感器与椎弓根钉固定装置连接测量椎弓根钉的拔出力,同时以动静态电阻应变仪,对预先粘贴在4个椎弓根螺栓固定边缘部位和骶骨不同部位的应变片进行应变电测量。1号进钉点位置为左侧第1骶后孔下缘最低点,2号进钉点位置为右侧第1骶后孔下缘最低点,3号进钉点为左侧第1骶后孔连线与骶外侧嵴的交点,4号进钉点为右侧第1骶后孔连线与骶外侧嵴的交点。测量椎弓根螺钉最大拔出力和骶骨各测点应变值。结果与结论:外进钉1号螺钉拔出力为(399.0±7.2)N,2号螺钉拔出力为(281.0±5.2)N,3号螺钉拔出力为(196.0±4.3)N,4号螺钉拔出力为(220.1±4.6)N。应变电测量最小应变发生在2号螺钉8号测点,应变为(13.5±1.1)με;最大应变发生在1号螺钉1号测点,应变为(96.8±6.5)με。提示S2椎弓根钉外进钉固定方法符合生物力学原理。     

异体皮质骨板不同固定方式的生物力学比较（英文）

背景:同种异体骨内固定材料已用于临床,但因为强度小仅用于应力较小的部位,如何提高其固定的强度以扩大应用范围是目前研究的关键。目的:探讨同种异体皮质骨板采用不同固定方式的强度差异及机制。设计、时间及地点:体外生物力学实验,于2005-10/2006-03在南华大学生物力学实验室完成。材料:防腐尸体上取下股骨27根;同种异体骨板制备成110mm×10mm×3mm的骨板45块;骨螺钉90个。方法:27根股骨制作骨折模型,分为双骨板嵌合组、双骨板骨螺钉组、单骨板骨螺钉组,9个/组。双骨板嵌合组:用2块大小为110mm×10mm×3mm同种异体皮质骨板嵌合固定。双骨板骨螺钉组:用2块110mm×10mm×3mm同种异体皮质骨板和5枚骨螺钉固定。单骨板骨螺钉组:用1块110mm×10mm×3mm骨板和5枚骨螺钉固定。主要观察指标:分别对以上3组进行生物力学实验,测试其压缩、弯曲及扭转刚度和极限载荷。结果:不同固定方式显示不同的力学特征。双骨板嵌合组的抗压刚度与双骨板骨螺钉组相似,高于单骨板骨螺钉组,但抗弯和抗扭刚度显著高于后两组,差异有统计学意义(P<0.05)。双骨板嵌合组压缩、弯曲、扭转极限载荷大于双骨板骨螺钉组(P<0.05),显著大于单骨板骨螺钉组(P<0.01)。结论:同种异体皮质骨板固定的强度与固定方式有关。双板嵌合固定比骨板骨螺钉固定具强度和刚度更大,可满足临床需要。     

异体皮质骨板不同固定方式的生物力学比较

背景:同种异体骨内固定材料已用于临床,但因为强度小仅用于应力较小的部位,如何提高其固定的强度以扩大应用范围是目前研究的关键.目的:探讨同种异体皮质骨板采用不同固定方式的强度差异及机制.设计、时间及地点:体外生物力学实验,于2005-10/2006-03在南华大学生物力学实验室完成.材料:防腐尸体上取下股骨27根;同种异体骨板制备成110mm×10mm×3衄的骨板45块;骨螺钉90个.方法:27根股骨制作骨折模型,分为双骨板嵌合组、双骨板骨螺钉组、单骨板骨螺钉组,9个,组.双骨板嵌合组:用2块大小为110 mm×10 mm×3 mm同种异体皮质骨板嵌合固定.双骨板骨螺钉组:用2块110 mm×10 mm×3 mm同种异体皮质骨板和5枚骨螺钉固定.单骨板骨螺钉组:用1块110mm×10mm×3mm骨板和5枚骨螺钉固定.主要观察指标:分别对以上3组进行生物力学实验,测试其压缩、弯曲及扭转刚度和极限载荷.结果:不同固定方式显示不同的力学特征,双骨板嵌合组的抗压刚度与双骨板骨螺钉组相似,高于单骨板骨螺钉组,但抗弯和抗扭刚度显著高于后两组,差异有统计学意义(P＜0.05).双骨板嵌合组压缩、弯曲、扭转极限载荷大于双骨板骨螺钉组(P＜0.05),显著大于单骨板骨螺钉组(P＜0.01).结论:同种异体皮质骨板固定的强度与固定方式有关.双板嵌合固定比骨板骨螺钉固定具强度和刚度更大,可满足临床需要.     

骶骨S2椎弓根外进钉固定的生物力学分析

背景：模拟骶骨骨折S2椎弓根钉外进钉固定拔出力与在拔出椎弓钉时的应变电测分析鲜有报道。目的：测量S2椎弓根外进钉固定拔出力与骶骨应变分布,为临床提供生物力学参数。方法：取正常国人新鲜尸体骶骨标本,以椎弓根钉外进钉方法固定于S2椎弓根,以小型力传感器与椎弓根钉固定装置连接测量椎弓根钉的拔出力,同时以动静态电阻应变仪,对预先粘贴在4个椎弓根螺栓固定边缘部位和骶骨不同部位的应变片进行应变电测量。1号进钉点位置为左侧第1骶后孔下缘最低点,2号进钉点位置为右侧第1骶后孔下缘最低点,3号进钉点为左侧第1骶后孔连线与骶外侧嵴的交点,4号进钉点为右侧第1骶后孔连线与骶外侧嵴的交点。测量椎弓根螺钉最大拔出力和骶骨各测点应变值。结果与结论：外进钉1号螺钉拔出力为（399.0±7.2）N,2号螺钉拔出力为（281.0±5.2）N,3号螺钉拔出力为（196.0±4.3）N,4号螺钉拔出力为（220.1±4.6）N。应变电测量最小应变发生在2号螺钉8号测点,应变为（13.5±1.1）με;最大应变发生在1号螺钉1号测点,应变为（96.8±6.5）με。提示S2椎弓根钉外进钉固定方法符合生物力学原理。     

短节段椎弓根螺钉置入内固定椎体成形治疗胸腰椎骨折的生物力学检测

背景:为避免单纯椎弓根螺钉置入内固定治疗胸腰段骨折出现的内固定物松动、断裂,及合并植骨时出现的骨折不愈合、后凸畸形丢失,而发展的短节段椎弓根螺钉合并椎体成形技术治疗胸腰段骨折,临床已有应用,但其生物力学方面鲜有研究。目的:观察应用椎弓根螺钉置入内固定椎体成形治疗胸腰椎骨折的生物力学变化。方法:12个冻存的新鲜胸腰段脊椎(T12～L2)标本,用于制备胸腰椎骨折模型,备测试。分为3组,经皮椎体成形术组:给予经单侧椎弓根注入低黏度的含对比剂骨水泥5～7mL;椎弓根螺钉内固定组:于T12、L2椎弓根置入螺钉;强化组:行椎弓根螺钉内固定的同时行伤椎骨水泥椎体成形术,测试各组静态最大抗压强度及刚度。结果与结论:骨水泥分布面积皆大于50%,经皮椎体成形术组和椎弓根螺钉内固定组最大静态抗压强度与刚度均小于强化组最大强度和刚度(P<0.05)。椎弓根螺钉内固定组椎弓根螺钉较小强度下出现弯曲,而强化组在达到极性轴向压缩强度时才出现弯曲。提示应用短节段椎弓根钉置入内固定椎体成形治疗胸腰椎骨折提高了固定的强度及刚度,并且维持了复位伤椎高度,提高了稳定性,减少了椎弓根螺钉的并发症。