新型低弹性模量脊柱椎弓根螺钉的研制及生物力学特性

BACKGROUND: Bone cement is commonly used to strengthen pedicle screws that can improve the ability of screw fixation, but the bone cement leakage and difficulty of screw out remain to be resolved.     

新型可灌注骨水泥椎弓根螺钉的生物力学性能及在骨质疏松性腰椎退变中的应用

BACKGROUND: Fragile bone in senile osteoporosis patients easily weakened pedicle screw fixation capacity. Therefore, bone cement leakage and screw removal cannot be solved during pedicle screw repair in osteoporotic patients with degenerative lumbar spine.     

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     

新型椎弓根螺钉不同螺纹结构的生物力学研究

[摘要]目的 将现有标准椎弓根螺钉与三种新设计的椎弓根螺钉（螺纹牙形角和螺纹内径锥度各有不同）在聚氨酯材料中旋入扭矩和拔出强度进行对比测试,研究新椎弓根螺钉的生物力学性能,探索椎弓根螺钉固定中螺钉设计要素的生物力学特性。方法 通过旋入扭转实验机将标准椎弓根螺钉和三种新设计的椎弓根螺钉在40级聚氨酯材料进行旋入扭矩实验。同时在万能实验机上完成标准椎弓根螺钉和三种新设计的椎弓根螺钉在20级聚氨酯材料进行拔出性能实验。旋入扭距实验和拔出性能试验均根据中国医药行业标准YY/T0119.2—2014及美国材料和试验协会（ASTM）标准ASTM F543进行测试。聚氨酯材料采用符合美国材料和试验协会（ASTM）标准化材料作为实验块。结果 三种新设计的椎弓根螺钉无论在旋入扭矩还是拔出性能上均明显高于标准椎弓根螺钉,同时旋入扭矩的提高比拔出性能的提升更加明显。另外在旋入扭矩和拔出性能上三种新设计的椎弓根螺钉之间有一些差异但是不明显,特别是在抗拔性能上。结论 与标准椎弓根螺钉相比,新设计的椎弓根螺钉具有更强的生物力学固定性,但新型椎弓根螺钉之间的差异不明显。     

变牙厚椎弓根螺钉的生物力学测试

目的　评价不同变牙厚椎弓根螺钉（transitional thread pedicle screw, TTPS）对螺钉拔出力的影响。 方法 取新鲜小牛胸腰椎标本（T11~L4）5具,共30个椎体(60侧椎弓根),剔除周围肌肉、筋膜,注意保持骨结构完整,解离成单个椎骨。平均骨密度为（1.186±0.182）g/cm2。TTPS规格有6种：A0（牙厚保持不变）、A1（逐牙加厚0.01mm）、A2（逐牙加厚0.02 mm）、A3（逐牙加厚0.03 mm）、A4（逐牙加厚0.04 　mm）、A5（逐牙加厚0.05 mm）。每种螺钉随机置入10侧椎弓根,将标本包埋好并用夹具固定在材料试验机上,设置椎弓根螺钉长轴与拔出力轴线方向重合。设置材料试验机加载速率为0.08 mm/s进行拔出实验,结果输出拔出力-位移曲线、最大轴向拔出力（Fmax）。计算拔出刚度。 结果　A0至A5 6种螺钉的最大轴向拔出力分别为（983.99±324.19）、（1119.84±362.47）、（1067.67±398.00）、（900.04±255.89）、（799.07±406.79）、（850.71±408.11）N。6种不同规格TTPS轴向拔出力间无显著差异（组间差异P=0.216）。6种不同规格的TTPS的拔出刚度间无显著差异（组间差异P=0.07）。 结论　小范围增加螺纹牙厚,对椎弓根螺钉抗拔出力没有显著影响。     

椎弓根螺钉内固定稳定性的生物力学测试

目的：胸腰椎骨折采用椎弓根螺钉内固定，其疗效与螺钉固定的长度，螺钉的植入方向以及骨密度大小诸因素相关，为此进行生物力学分析，为临床手术提供依据，方法：采用6具成人新鲜脊柱标本，应用实验应力分析手段进行测试。结果：长螺钉的应变比短螺钉应变在压缩，前屈，后伸，侧屈分别小16％，41％，56％，41％，其强度分别提高16％，41％，55％，41％，其脊柱位移分别小18％，25％，32％，30％，轴向刚度分别提高18％，25％，32％，30％（P均＜0．05），骨密度对拔出力的影响，正常组与骨质疏松组相差67％，相应的相对位移，应变，能量两组平均相差均在16％以上（P＜0．05），结论：手术中应注意弓椎根螺钉固定相关因素，这对提高手术质量，减少并发症起着重要作用。     

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。     

磷酸钙强化椎弓根螺钉的动态生物力学研究

目的 研究磷酸钙骨水泥强化椎弓根螺钉后生物力学强度的体内动态变化。方法 成年雌性绵羊12只,年龄4～6岁;体重33～45Kg。经每只羊的L1～L6椎体双侧椎弓根,分直接植入、CPC强化和PMMA强化三种植钉方法植入椎弓螺钉,每只动物体内植钉方法按平衡不完全随机进行分配,每种方法各植4枚。植钉后动物被随机分配至术后1d,4w,12w和24w四个观察时间点,每点3只。在观察点获取植钉腰椎标本,测定螺钉的轴向拔出力和拔出能量吸收值,进行相同时间点各植钉方法之间和同一植钉方法各时间点之间的指标对比分析。结果 四个观察时间点动物的骨密度按序依次是,0.923±0.082g/cm2,0.910±0.098 g/cm2,0.952±0.123 g/cm2和0.912±0.126 g/cm2,组间均未见显著差异（P﹥0.05）。在术后1d,4w,12w和24w四个观察时间点CPC强化组的最大轴向拔出力（Fmax）依次是,893.13±63.91N,916.50±109.88N,1022.04±73.85N和1104.91±112.33N。拔出能量吸收值（EAV）与相应的Fmax呈正相关（P﹤0.001）。同一方法各时间点内的Fmax 和EAV均无显著性差异（P﹥0.28）。相同时间点,CPC强化组的Fmax和EAV均显著高于对照组（P﹤0.001）。另外,除24周的EAV二者无差异（P﹥0.18）外,PMMA强化组两项指标均高于CPC强化组（P﹤0.003）。结论 结果表明用CPC强化能显著提高椎弓根螺钉的固定强度,且强化作用在体内是动态稳定的。在椎弓根螺钉强化方面,CPC是PMMA理想的替代材料。     

骨粘合剂强化椎弓根螺钉的有关生物力学问题

经椎弓根螺钉固定技术被认为是最有效的胸腰椎和腰骶椎后路固定方法。但随着它的广泛应用,与之有关的并发症如螺钉的松动、脱出导致固定失败、假关节形成等屡有报道,尤其在骨质疏松病人中发生率更高。随着人口老龄化,这类问题将会更加突出。如何提高螺钉在椎体和椎弓根内的牢固性？许多学者向孔道中注入骨粘合剂强化和修复椎弓根螺钉并进行了一系列生物力学研究,认为骨粘合剂强化了固定界面,从而减少固定界面的破坏,早期内固定得以实现,有利于早期功能锻炼和骨折愈合,是一种有效的方法[１ ４ ８～１２ １４]。现结合国内外在这方面…     

椎弓根螺钉置入椎体深度与其稳定性的生物力学分析

BACKGROUND: Effects of pedicle screw placement on fracture reduction or stability of mechanics are influenced by various factors. Pedicle screw fixation failure is mainly due to fracture, loosening and fatigue. The main influential factors for biomechanical stability of pedicle screw are length and diameter. The research on the depth is less.  OBJECTIVE: To analyze the relationship between pedicle screw placement depth of vertebral body and the fixed stability based on the biomechanics. METHODS: A model of single vertebral compression fractures was made in 15 pigs aged 5 months on L2 vertebral specimen. According to the length of anteroposterior diameter, vertebral pedicle screws were inserted in different depths (80%, 90% and 100% of anteroposterior diameter). After fixation, specimens were loaded 10 000 times at the frequency of 0.5 Hz (340±125) N on a WDT-10KN type universal material testing machine. Ranges of motion at anteflexion, backward extension, left bending and right bending and the maximum axial pullout force were measured in each group, and the difference of intergroup data was compared.  RESULTS AND CONCLUSION: (1) Ranges of motion at anteflexion, backward extension, left bending and right bending in each group were significantly smaller in the 100% and 90% groups than in the 80% group (P < 0.05), and above parameters were smaller in the 100% group than in the 90% group (P < 0.05). (2) After fatigue test, the maximum axial pullout force was significantly larger in the 100% and 90% groups than in the 80% group (P < 0.05), and above data were significantly larger in the 100% group than in the 90% group (P < 0.05). (3) Results indicate that the depth into the vertebral body was significantly associated with its fixed stability. The deeper the depth into the vertebral body, the stronger the vertebral stability was: 100% group > 90% group > 80% group.       

聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥椎体成形治疗高龄骨质疏松性胸腰椎骨折

背景：目前经皮椎体成形在临床上治疗骨质疏松性椎体骨折较为广泛应用,而针对高龄患者(65岁以上)在手术的时候存在患者基础病情的限制,关于此方面的细化研究逐渐引起临床医师的重视。目的：对比分析骨水泥椎体成形治疗和常规体位复位保守治疗高龄骨质疏松性胸腰椎骨折的临床疗效。方法：对24例高龄骨质疏松性胸腰椎骨折患者采用自愿的原则分为骨水泥治疗组和保守治疗组,各12例,分别采取聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥椎体成形和常规体位复位保守治疗。结果与结论：与保守治疗组相比,骨水泥治疗组患者目测类比评分、Oswesty功能障碍指数和椎体后凸Cobb角明显降低,而伤椎前缘压缩度增加。提示针对高龄骨质疏松性椎体骨折患者,争取稳定病情后行脊柱微创治疗,有利于改善患者的愈合和提高生活质量。 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     

4种药物干预治疗骨质疏松模型大鼠骨三点弯曲力学特性的对比分析

背景：力学性能指标是评价药物治疗骨质疏松动物模型效果的重要方法,以3点弯曲力学性能指标评价多种药物治疗老龄雌性骨质疏松模型动物的效果鲜有报道。 目的：以大鼠骨3点弯曲力学性能指标评价骨质疏松模型大鼠经丹杞颗粒、结合性雌激素、依普拉芬及αD3干预的效果。 方法：Wistar雌性大鼠48只分为6组,除正常组外,采用以去双侧卵巢的方法复制老龄骨质疏松大鼠模型。丹杞颗粒干预组每日给服丹杞颗粒0.9 g/kg,普拉芬干预组每日给服依普拉芬1 mg/kg,αD3干预组每日给服αD3 0.1 mg/kg,结合型雌激素干预组每日给服结合型雌激素0.3 mg/kg。以电子万能实验机对各组大鼠左、右侧胫骨进行3点弯曲力学性能测试。 结果与结论：丹杞颗粒、依普拉芬、结合型雌激素干预组胫骨最大载荷、最大应力、最大弯矩、最大应力及弹性模量大于模型组(P < 0.05);αD3干预组最大载荷、最大应力、最大应变、弹性模量与模型组差异无显著性意义(P > 0.05);丹杞颗粒干预组胫骨最大载荷、最大应力、最大应变与正常对照组比较差异无显著性意义(P > 0.05)。丹杞颗粒干预组、结合型雌激素干预组、依普拉芬干预组弯曲力学性能恢复较好,以丹杞颗粒干预组效果最好,αD3干预治疗组弯曲力学性能指标无明显恢复。结果说明以丹杞颗粒干预骨质疏松模型大鼠胫骨3点弯曲力学性能恢复效果最好。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

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     

单侧经皮椎体成形修复骨质疏松性椎体压缩性骨折：骨水泥渗漏少利于恢复

背景：经皮椎体成形、经皮椎体后凸成形用于传统方法治疗无效的骨质疏松性椎体压缩性骨折效果良好,但在手术时机、麻醉方式、手术入路及方式等方面存在多种选择,并各有利弊。 目的：观察全身麻醉下手法复位联合单侧经皮椎体成形治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的效果及优势。 方法：2012年7月至2014年12月回顾经皮椎体成形治疗单椎体骨质疏松性椎体压缩性骨折患者53例,新方法组32例在全身麻醉下先行手法复位,再行单侧椎弓根穿刺,单侧经皮椎体成形骨水泥注射治疗;常规方法组21例采用常规的经皮椎体成形操作治疗。 结果与结论：随访时间平均6个月(3-14个月)。两组患者术后3 d、术后末次随访的目测类比评分、椎体压缩率、后凸Cobb’s角均较术前显著改善,差异有显著性意义(P < 0.01)。两组目测类比评分术后比较差异无显著性意义(P > 0.05)。与常规方法组相比,新方法组术后椎体压缩率、后凸Cobb’s角及骨水泥渗漏率明显降低(P < 0.01)。结果证实,新方法综合了经皮椎体成形与经皮椎体后凸成形的优势、单侧与双侧穿刺的优势,穿刺过程更安全,矫正后凸畸形、恢复椎体高度及生理曲度更好,同时骨水泥渗漏的危险性减少,骨水泥的形态分布更理想。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     

新型复合壳聚糖季铵盐纳米粒子抗感染骨水泥的生物学特性

BACKGROUND: Postoperative infection in patients underlying total knee arthroplasty is a long-standing puzzle. Current bone cement with antibiotics cannot effectively treat kidney function deficiency and bacterial resistance. OBJECTIVE: To develop a novel kind of bone cement prepared by quaternary ammonium salt chitosan nanoparticles. METHODS: There were three groups including QCSNP-15, Palacos R and Palacos R+G groups. Morphology of the bone cement in each group was observed using scanning electron microscope, the setting time of bone cement was measured, and the in vitro compression strength, cytotoxicity and antibacterial activity tests were performed. RESULTS AND CONCLUSION: Scanning electron microscope observed that QCSNP-15 was made of quaternary ammonium salt chitosan nanoparticles and methyl methacrylate copolymer, and these nanoparticles distributed onto the material surface. The setting time of QCSNP-15 was longer than that of the Palacos R+G bone cement. The compressive strength of QCSNP-15 was significantly lower than that of the Palacos R bone cement (P < 0.05), but was larger than 70 MPa stipulated by ISO 5833. Osteoblasts MC3T3-E1adhered well on the QCSNP-15, and pseudopodia fully expanded. Similar findings were observed on the Palacos R+G bone cement. The attachment rate of osteoblasts of the QCSNP-15 at 3 hours was significantly lower than that of the Palacos R+G bone cement (P < 0.05). The antibacterial activity did not significantly differ between QCSNP-15 and Palacos R+G bone cements, even after 2-week immersion in the PBS. These findings suggest that QCSNP-15 exhibits appropriate setting time, good biomechanical property and antibacterial activity in vitro with no obvious cytotoxicity.     

双固定锚钉的生物力学特点及在复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损中的应用

BACKGROUND: Anterior dislocation of the shoulder joint is mainly due to trauma caused by anterior labral capsular ligaments complex functional deficiency. At present, the main clinical use is conservative treatment, but the long-term effect is poor, and cannot achieve the desired results.      

不同种药物干预骨质疏松模型大鼠股骨压缩力学的变化

背景：力学性能指标是评价药物治疗骨质疏松动物模型效果的重要方法,以压缩力学性能指标评价多种药物治疗老龄雌性骨质疏松模型动物的效果评价鲜有报道。 目的：对大鼠股骨进行压缩力学性能实验,确定不同药物治疗骨质疏松的效果。 方法：Wistar雌性大鼠36只随机分为6组：正常组对照组、模型组,丹杞颗粒组,阿法D3组,结合型雌激素组,依普拉芬组,每组6只。除正常组对照组外以去卵巢法复制老龄骨质疏松动物模型,分别以丹杞颗粒、依普拉芬、结合型雌激素(倍美力片)、阿法D3进行治疗,饲养15周后以腹主动脉放血法处死大鼠,取大鼠左、右侧股骨在电子万能实验机上以5 mm/min实验速度进行压缩实验。 结果与结论：骨质疏松模型组大鼠股骨最大载荷、最大应力、最大位移、最大应变、弹性模量显著低于正常对照组、丹杞颗粒、依普拉芬、结合型雌激素组(P < 0.05);阿法D3组各项力学性能指标与模型组差异无显著性意义(P > 0.05);丹杞颗粒治疗组上述指标与正常对照组大鼠差异无显著性意义(P > 0.05)。结果说明,模型组大鼠由于骨质疏松导致股骨压缩力学特性发生改变。依普拉芬、结合型雌激素组均能提高大鼠股骨压缩力学特性,丹杞颗粒效果最好。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程