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。毒性和不可吸收等特点。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，液相主要成分是构橼酸盐溶液，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5mml，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：钉道直接置人椎弓根螺钉；强化侧：填人磷酸钙骨水泥再置人椎弓根螺钉。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人椎弓根螺钉，强化侧填入骨水泥后再置人椎弓根螺钉，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：（1）50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）。强化骨一螺钉界面的抗剪切应力中位数从1．16N／mm^2增加到2．13N／mm^2。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／mm^22增加到1．61N／mm^2.（3）50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。     

磷酸钙骨水泥强化和修复椎弓根螺钉的生物力学研究

〖目的〗评价磷酸钙骨水泥(calciumphosphatecement,CPC)强化和修复椎弓根螺钉的生物力学效果。〖方法〗6具新鲜成人尸体T11～L4共36个椎体,随机选取其中32个,分为4组(A,B,C,D),每组8个。A组:随机选择一侧椎弓根置入直径为6.5mm的椎弓根螺钉,另一侧以直径为3.5mm的钻头导孔,均不穿透椎体前侧骨皮质。在材料实验机上进行轴向拔出实验,拔出速率为5mm/min。然后向两侧椎弓根孔道注入配制好的磷酸钙骨水泥3～5ml,植入与前相同的椎弓根螺钉,体温下(37℃)放置24h后,再行前述拔出实验。B组:应用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行修复和强化,作为对照,操作方法同A组。C组:植入椎弓根螺钉,添加或不添加CPC,进行周期抗屈实验。D组:相同方法,应用PMMA作为对照。〖结果〗CPC对照组拔出力为(826.8±171.0)N,修复组为(1430.3±278.4)N,强化组为(1452.7±288.3)N;PMMA对照组拔出力为(839.7±181.1)N,修复组为(1846.2±342.1)N,强化组为(1946.9±359.4)N。CPC骨水泥强化组和修复组拔出力明显高于对照组,差异具有非常显著性意义(P<0.05),但分别小于PMMA强化组和修复组。周期抗屈实验中,添加CPC可使椎弓根螺钉在同等负荷(200N,800个周期)下仅产生较小的位移,但强化效果不及PMMA。〖结论〗在植入椎弓根螺钉时添加具有生物活性的磷     

磷酸钙骨水泥强化和修复椎弓根螺钉的生物力学研究

〖目的〗评价磷酸钙骨水泥(calci umphosphate cement,CPC)强化和修复椎弓根螺钉的生物力学效果.〖方法〗6具新鲜成人尸体T11～L4共36个椎体,随机选取其中32个,分为4组(A,B,C,D),每组8个.A组:随机选择一侧椎弓根置入直径为6.5 mm的椎弓根螺钉,另一侧以直径为3.5 mm的钻头导孔,均不穿透椎体前侧骨皮质.在材料实验机上进行轴向拔出实验,拔出速率为5 mm/min.然后向两侧椎弓根孔道注入配制好的磷酸钙骨水泥3～5 ml,植入与前相同的椎弓根螺钉,体温下(37℃)放置24 h后,再行前述拔出实验.B组:应用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行修复和强化,作为对照,操作方法同A组.C组:植入椎弓根螺钉,添加或不添加CPC,进行周期抗屈实验.D组:相同方法,应用PMMA作为对照.〖结果〗CPC对照组拔出力为(826.8±171.0)N,修复组为(1430.3±278.4)N,强化组为(1452.7±288.3)N;PMMA对照组拔出力为(839.7±181.1)N,修复组为(1846.2±342.1)N,强化组为(1946.9±359.4)N.CPC骨水泥强化组和修复组拔出力明显高于对照组,差异具有非常显著性意义(P＜0.05),但分别小于PMMA强化组和修复组.周期抗屈实验中,添加CPC可使椎弓根螺钉在同等负荷(200N,800个周期)下仅产生较小的位移,但强化效果不及PMMA.〖结论〗在植入椎弓根螺钉时添加具有生物活性的磷酸钙骨水泥可显著提高其初始稳定性,虽其强化效果不及PMMA,但其潜在的开发前景已经使PMMA的临床应用受到了极大的挑战.     

磷酸钙骨水泥强化和修复椎弓根螺钉的生物力学研究

[目的]评价磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)强化和修复椎弓根螺钉的生物力学效果.[方法]6具新鲜成人尸体T11～L4共36个椎体,随机选取其中32个,分为4组(A,B,C,D),每组8个.A组随机选择一侧椎弓根置入直径为6.5 mm的椎弓根螺钉,另一侧以直径为3.5 mm的钻头导孔,均不穿透椎体前侧骨皮质.在材料实验机上进行轴向拔出实验,拔出速率为5 mm/min.然后向两侧椎弓根孔道注入配制好的磷酸钙骨水泥3～5 m1,植入与前相同的椎弓根螺钉,体温下(37℃)放置24 h后,再行前述拔出实验.B组应用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行修复和强化,作为对照,操作方法同A组.C组植入椎弓根螺钉,添加或不添加CPC,进行周期抗屈实验.D组相同方法,应用PMMA作为对照.[结果] CPC对照组拔出力为(826.8±171.0)N,修复组为(1430.3±278.4)N,强化组为(1452.7±288.3)N; PMMA对照组拔出力为(839.7±181.1)N,修复组为(1846.2±342.1)N,强化组为(1946.9±359.4)N.CPC骨水泥强化组和修复组拔出力明显高于对照组,差异具有非常显著性意义(P＜0.05),但分别小于PMMA强化组和修复组.周期抗屈实验中,添加CPC可使椎弓根螺钉在同等负荷(200N,800个周期)下仅产生较小的位移,但强化效果不及PMMA.[结论]在植入椎弓根螺钉时添加具有生物活性的磷酸钙骨水泥可显著提高其初始稳定性,虽其强化效果不及PMMA,但其潜在的开发前景已经使PMMA的临床应用受到了极大的挑战.     

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。     

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.     

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。     

影响椎弓根螺钉拔出力的相关因素

椎弓根螺钉的松动和轴向脱出是导致脊柱内固定失败的主要原因,螺钉的松动、脱出与螺钉的拔出力有关,螺钉的拔出力与椎弓根螺钉直径、螺纹设计、骨密度及螺钉的操作技术有关。拔出强度随外径的增加而增加,螺钉越长,拔出强度越大。椎弓根螺钉的稳定性在骨质疏松时明显降低,对于骨质疏松患者,单纯增加螺钉直径较为困难,一般需进一步强化椎弓根螺钉的稳定性,聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥强化骨质疏松椎弓根螺钉能显著增加螺钉的稳定性和抗屈强度,但由于骨水泥聚合产生高热可导致组织损伤,体内长期留置会产生毒性和致癌作用,具有良好生物相容性的新型添加材料,如羟基磷灰石骨水泥、磷酸钙骨水泥等将逐渐替代聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥。同时螺钉置入过程中准确的进钉点、进钉方向和置入位置可以减少因螺钉重新拧入而导致的把持力下降,提高螺钉的拔出强度和稳定性。     

骨水泥注入中空侧孔椎弓根螺钉内固定骨质疏松性腰椎退变：强化技术要点

背景：腰椎退行性病变一旦合并腰椎管狭窄、腰椎失稳及退变性侧凸,引起相应的临床症状需要手术治疗时,不可避免的需要使用内固定器械。骨质疏松在老年人群中相当普遍,因此如何在严重骨质疏松患者的脊柱上置入稳定的椎弓根螺钉内固定系统将是一个很大的难题。近年来有研究证实了骨水泥强化中空侧孔椎弓根螺钉在椎体内的生物力学稳定性,因此成为脊柱外科的关注热点。目的：探讨应用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥强化中空侧孔椎弓根螺钉置入内固定修复伴骨质疏松症的腰椎退变性疾病的疗效。方法：2012年2月至2014年3月江苏大学附属医院骨科共收治伴骨质疏松症的腰椎退行性变患者31例,男11例,女20例;年龄65-86岁,平均73.5岁。其中腰椎管狭窄症14例,腰椎间盘突出症并节段不稳9例,退行性腰椎滑脱症6例,退行性侧凸2例。根据患者症状、体征及影像学资料确定减压、融合节段,采用骨水泥强化中空侧孔椎弓根螺钉系统进行内固定、矫形。采用目测类比评分法对患者内固定前后的疼痛状况进行评估,神经症状缓解情况采用日本骨科学会（JOA）29分法对内固定前和随访时的神经功能和生活能力进行评估。结果与结论：所有病例随访36-48个月,未出现断钉、断棒、椎弓根螺钉拔出、松动、融合节段假关节形成以及切口感染等并发症。内固定后患者腰痛、腿痛目测类比评分及神经症状JOA评分均明显改善（P 〈0.01）。提示对于伴骨质疏松症的腰椎退行性变患者,应用骨水泥强化型中空侧孔椎弓根螺钉系统置入内固定,能增强螺钉的稳定性,防止螺钉松动、拔出,有助于临床疗效的改善和保持。     

不同椎弓根螺钉螺纹设计及各种强化材料的拔出力比较

目的:比较不同螺纹设计和各种类型椎弓根螺钉强化材料的拔出力,评价何种设计以及注入哪种强化材料的椎弓根螺钉可以增加螺钉的稳定性和抗屈强度.方法:以计算机检索方法在中国期刊全文数据库中(CNKI:2000-2006)检索关于椎弓根螺钉拔出力和稳定性实验研究方面的随机对照实验,检索词为"椎体,椎弓根螺钉",检索后对每项研究的资料结果进行提取、分析.结果:共有8项实验研究符合纳入标准,螺钉螺纹设计与螺钉拔出力有密切的关系,锥形螺钉较皮质骨螺钉和松质骨螺钉具有更好的抗弯曲和断裂的强度,而椎弓根螺钉设计成外锥形可达到最理想的固定效果.聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥可增强椎弓根螺钉的稳定性,增加椎弓根螺钉的拔出强度,磷酸钙骨水泥强化螺钉也可提高椎弓根螺钉的拔出力,但其在初期的加吲效果,不如聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥.结论:将螺纹设计为外锥形以及注入聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥和磷酸钙骨水泥等椎弓根螺钉强化材料可以提高椎弓根螺钉的拔出力和稳定性,但由于纳入实验少,而且均为仞期实验研究结果,证据的强度不足,如何提高弓根螺钊应用的安全性、减少螺钉松动和脱出,还有待更多研究及证据加以评价.     

磷酸钙骨水泥对颈椎前路螺钉置入体强化作用的生物力学分析

背景:有研究表明磷酸钙骨水泥通过改善骨与螺钉界面的质量,从而强化螺钉的即刻和早期固定强度.目的:实验拟验证磷酸钙骨水泥对颈椎前路单皮质骨螺钉的强化作用.设计:对比观察.单位:中南大学湘雅医学院附属湘雅一医院骨科.材料:实验于2003-09/2004-01在中南大学材料科学与工程学院电子拉伸力学性能室完成.由张家港市欣达医疗器械有限公司生产的颈椎前路单皮质骨自攻螺钉,材质为纯钛.注射型磷酸钙骨水泥由上海瑞邦生物材料有限公司生产.轴向拔出套筒由中南大学机械制造基地制造.方法:①选取4具新鲜青年男性尸体C3～C6椎体标本共16个椎体,单个椎体骨密度测量,证实无骨质疏松.4具新鲜老年男性尸体C3～C6椎体标本共16个椎体,单个椎体骨密度测量,证实骨质疏松.标本由中南大学湘雅医学院解剖教研室提供,死者生前自愿捐献遗体,家属均知情同意.每组随机选择12个椎体进行3个试验,轴向拔出试验选取6个椎体,周期抗屈试验和抗屈后抗剪切试验选取6个椎体.在椎体前方中线两侧8 mm处向中线倾斜5°攻丝锥导孔,钻出钉道备用,不穿透椎体后方骨皮质.②轴向拔出实验:随机选取椎体一侧置入螺钉作为对照组,在材料实验机上行轴向拔出实验,拔出速率为5 mm/min.螺钉拔出后用磷酸钙骨水泥 0.10～0.15 mL修复钉道再次置入螺钉作为修复组,另一侧直接以磷酸钙骨水泥填充后置入螺钉作为强化组,37 ℃下放置24 h后再行轴向拔出试验.③周期抗屈试验和抗屈后抗剪切试验:随机选取椎体一侧置入螺钉作为对照组,另一侧直接以磷酸钙骨水泥填充后置入螺钉作为强化组行周期抗屈试验和抗屈后抗剪切试验.主要观察指标:①螺钉的最大轴向拔出力.②周期抗屈实验后螺钉的位移.③周期抗屈后螺钉的最大抗剪切力.结果:①轴向拔出试验:骨质正常椎体,对照组拔出力为(313± 64)N,修复组为(376±88)N,强化组为(446±121)N;骨质疏松椎体,对照组拔出力为(106±47)N,修复组为(154±67)N,强化组为(191±80)N.修复组、强化组的轴向拔出力均明显高于对照组(P < 0.05).②周期抗屈实验:强化组在相同载荷下产生的位移明显小于对照组(P < 0.05).③最大抗剪切力:骨质正常椎体:对照组为(301± 79)N,强化组为(395±105)N.骨质疏松椎体:对照组为(87±39)N,强化组为(149±63)N,强化组的最大抗剪切力明显强于对照组(P < 0.05).结论:磷酸钙骨水泥能提高螺钉的轴向拔出力及抗剪切能力,在骨质疏松时强化效果更加明显.     

椎弓根融合器研制及添加聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥后的生物力学效果

背景修复椎弓根螺钉固定失效的方法有多种,但效果均不理想.目的为改善椎弓根螺钉的稳定性,探讨椎弓根融合器(以下均称空心侧孔椎弓根螺钉)置人时添加聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥强化椎弓根螺钉固定的生物力学效果.设计完全随机对照实验研究.地点和对象实验在华中科技大学同济医学院生物力学实验室和解剖室完成.实验对象为新鲜脊柱尸体(家属自愿贡献).干预用8具成人新鲜腰椎骨T11～L4,共48个椎体,随机数字法选择32个椎体,其中10个椎体一侧椎弓根放置直径6.5 mm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(F-max)实验(对照组).拔出螺钉后分别向空心和实心螺钉道注入PMMA3～5 mL,拧入螺钉,行拔出试验(修复组).另选10个椎体置入空心侧孔螺钉和实心螺钉,用直径3.5 mm的钻头分别导孔,注入PMMA和拧入螺钉,再行拔出试验(强化组),并观察PMMA的分布范围.另外12个椎体作空心侧孔椎弓根螺钉的周期抗屈实验.10个空心侧孔螺钉和10个实心螺钉分别做3点弯屈(3pBend)试验.主要观察指标轴向拔出力,位移,最大折弯力.结果空心侧孔椎弓根螺钉对照组F-max为(855.0±207.5)N,修复组为(1 924.4±383.2)N,强化组为(1 943.3±535.8)n;实心螺钉对照组拔出力为(829.2±220.9)N;修复组为(1 853.5±387.4)N,强化组为(1 866.1±431.7)N.向空心侧孔螺钉中空部分注入PMMA,未见椎弓根外或椎管内由PMMA溢出.周期抗屈实验中,添加PMMA可使空心侧孔螺钉耐受更大的负荷或在同等负荷下仅产生较小的位移.空心侧孔螺钉和实心螺钉最大折弯力分别为(2 051.29±69.86)和(2 075.01±117.57)N,弹性模量分别为(23 941.8±1 467.4)和(24 991.8±1 962.3)N/mm2,能量吸收为(40.187 3±1.469 3)和(44.963 0±1.866 3)J.结论沿空心侧孔螺钉中空部分注入PMMA可显著增加椎弓根螺钉的稳定性,并能减少PMMA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.     

后路钉棒内固定系统在不稳定性枢椎骨折治疗中进钉点与固定方式的选择

背景:上颈椎后路钉棒内固定过程中,放置寰椎侧块螺钉技术是关键。目的:总结后路钉棒内固定系统在不稳定性枢椎骨折治疗中的进钉点位置。方法:2007-01/2010-12采用Vertex颈椎后路钉棒内固定系统治疗不稳定性枢椎骨折19例,男12例,女7例,年龄21~75岁,平均49.5岁。采用寰椎侧块螺钉及枢椎椎弓根螺钉内固定6例,寰椎侧块、单侧枢椎椎弓根及颈3侧块螺钉内固定3例,寰椎侧块、双侧枢椎椎弓根及颈3侧块螺钉内固定1例,枢椎椎弓根及颈3侧块螺钉内固定9例,内固定过程中均行后侧椎板间植骨融合。结果与结论:19例患者全部获得随访,随访时间7~43个月。患者骨折复位满意,骨折端均获得愈合,植骨部位融合率达到100%,未出现断钉、断棒等现象,未发生颈髓及椎动脉等医源性损伤。该方法治疗不稳定性枢椎骨折创伤小,固定可靠,作者根据临床经验,对螺钉进钉点的位置总结如下:①对于寰椎侧块进钉点选择在侧块中点稍偏外、椎弓的下方1/3处,进针方向为向内、上分别稍倾斜约10°,5°。②枢椎椎弓根进钉点选择在枢椎上下关节面间、下关节正中垂线的中点,进针方向为向内、上分别倾斜15°~20°,25°。③第三颈椎侧块进钉点选择在侧块中心点内侧2mm,进针方向为向外、上倾斜20°~25°。     

后路钉棒内固定系统在不稳定性枢椎骨折治疗中进钉点与固定方式的选择

背景：上颈椎后路钉棒内固定过程中,放置寰椎侧块螺钉技术是关键。目的：总结后路钉棒内固定系统在不稳定性枢椎骨折治疗中的进钉点位置。方法：2007-01/2010-12采用Vertex颈椎后路钉棒内固定系统治疗不稳定性枢椎骨折19例,男12例,女7例,年龄21~75岁,平均49.5岁。采用寰椎侧块螺钉及枢椎椎弓根螺钉内固定6例,寰椎侧块、单侧枢椎椎弓根及颈3侧块螺钉内固定3例,寰椎侧块、双侧枢椎椎弓根及颈3侧块螺钉内固定1例,枢椎椎弓根及颈3侧块螺钉内固定9例,内固定过程中均行后侧椎板间植骨融合。结果与结论：19例患者全部获得随访,随访时间7~43个月。患者骨折复位满意,骨折端均获得愈合,植骨部位融合率达到100%,未出现断钉、断棒等现象,未发生颈髓及椎动脉等医源性损伤。该方法治疗不稳定性枢椎骨折创伤小,固定可靠,作者根据临床经验,对螺钉进钉点的位置总结如下：①对于寰椎侧块进钉点选择在侧块中点稍偏外、椎弓的下方1/3处,进针方向为向内、上分别稍倾斜约10°,5°。②枢椎椎弓根进钉点选择在枢椎上下关节面间、下关节正中垂线的中点,进针方向为向内、上分别倾斜15°~20°,25°。③第三颈椎侧块进钉点选择在侧块中心点内侧2mm,进针方向为向外、上倾斜20°~25°。     

腰椎间融合后路非对称与对称固定螺钉应力的有限元比较

背景：经椎间孔腰椎间融合非对称固定的生物力学稳定性研究,发现固定效果与双侧椎弓根螺钉接近,可满足临床应用所需生物力学要求。经关节突椎弓根螺钉参与经椎间孔腰椎间融合非对称固定的螺钉力学安全性又会怎样呢？目的：建立L4＋s功能节段左侧经椎间孔腰椎间融合后,分别予以同侧椎弓根螺钉＋对侧经关节突椎弓根螺钉、同侧椎弓根螺钉＋对侧经椎板关节突螺钉及双侧椎弓根螺钉固定的三维有限元模型,施加相同的载荷,分析不同运动状态下螺钉应力分布特点,比较3种螺钉应力状况。方法：对一成人正常L4—5椎节段标本、椎间融合器、椎弓根螺钉和皮质骨螺钉进行64排螺旋CT扫描,通过Mimicsll．1建立左侧经椎间孔腰椎间融合后3种内固定组合（同侧椎弓根螺钉＋对侧经椎板关节突螺钉、同侧椎弓根螺钉＋对侧经关节突椎弓根螺钉及双侧椎弓根螺钉固定）的几何模型,利用Simpleware3．1软件分别建立三维有限元模型,模拟500N惦Nm载荷下前屈、后伸、左＼右侧弯、左＼右侧旋等6种运动状态,用Abaqus6．8软件进行螺钉应力变化和分布特点分析。结果与结论：由于经椎间孔腰椎间融合入路切除了左侧关节突,造成内植物应力分布不对称,对弹性模量大的内固定器械一椎弓根螺钉应力影响最大,尤其是在左旋运动时。在不对称组合内固定中,由于关节突关节螺钉的使用,使对侧椎弓根螺钉应力相应增加,以左旋运动时尤为明显,但关节突关节螺钉断裂的危险性增高不明显。提示为降低螺钉断裂的风险,经椎间孔腰椎间融合后路3种组合内固定均应严格限制旋转运动,尤其是关节突切除侧的旋转运动。     

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,虽然胸椎椎弓根一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—60mm）,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6．5mm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5．5mm、25枚6．0mm和26枚6．5mm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6．5mm与5．5mm螺钉的最大轴向拔出力的差异有显著性意义（P〈0．05）。提示中上胸椎椎弓根-肋骨复合体中应用直径5．5mm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。     

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。     

后凸成形和传统钉道骨水泥强化对骶骨钉松动的生物力学作用（英文）

背景：后凸成形骨水泥强化可应用于骨质疏松患者的腰椎椎弓根钉固定。目的：评价松动的骶骨钉经后凸成形和传统钉道骨水泥强化后的固定强度。方法：纳入9具骨质疏松症患者的新鲜尸体标本。在同一骶骨标本上,分别测试单皮质和双皮质骶骨椎弓根钉最大拔出力后,分别建立传统钉道骨水泥强化与后凸成形骨水泥强化椎弓根钉固定模型。在MTS材料试验机上,对螺钉尾部施加2 000次周期性压力载荷后,进行螺钉最大拔出力测试。结果与结论：9个标本的骨密度均值为0.71 g/cm2（0.61～0.77 g/cm2）。4种骶骨钉固定技术单皮质、双皮质、传统钉道骨水泥强化和后凸成形骨水泥强化骶骨钉的平均最大拔出力分别为203,325,437及565 N。双皮质骶骨钉的拔出力显著高于单皮质钉（P〈0.05）;但此2固定均显著低于骨水泥强化组（P〈0.05）。后凸成形骨水泥强化组的拔出力显著高于传统钉道骨水泥强化组（P〈0.05）。此外,4种骶骨钉固定技术的最大拔出力与骨密度值均呈现显著的正相关（P〈0.05）。结果证实,传统钉道骨水泥强化技术和后凸成形骨水泥强化技术均可做为骶骨椎弓根钉松动的补救手段,但后凸成形骨水泥强化可获得更为坚强的锚定。     

Superior cortical screw in osteoporotic lumbar vertebrae: A biomechanics and microstructure-based study

BackgroundOsteoporosis reduces the bone-screw purchase, potentially reducing pullout strength and other biomechanical properties. However, the existing pedicle screw approach may not compensate for the detrimental effects of decreased vertebral bone mineral density.MethodsTwo methods of screw insertion were performed in thirteen cadaveric osteoporotic lumbar vertebrae: Magerl's method in the left pedicle, and superior cortical screw method in the right (its entry point located vertically 3 mm above Magerl's point). Before screw fixations, the pedicle and its corresponding vertebral body were divided into six equal layers from cranial to caudal by performing micro-CT and tested for microstructure properties, such as bone mineral density, trabecular bone volume fraction, trabecular thickness, trabecular separation and trabecular number. Further, pedicle was horizontally divided into three regions and tested. After screw fixations, microstructure properties of the bone surrounding the screws were analyzed. Finally, the screw pullout strength was tested biomechanically.FindingsThe bone structure is denser in the upper third of the pedicle and its corresponding vertebral body. A similar microstructure is seen within the pedicle. This study reveals that the pullout strength is significantly correlated to the bone mineral density, trabecular bone volume fraction and trabecular thickness. Biomechanical test showed pullout strength in the superior cortical screw group with mean 613.3 N (SD 200.4) was 22.4% higher than that in the Magerl group with mean 501.2 N (SD 256.6).InterpretationThe superior cortical screw method can be a reliable alternative, to provide better pullout strength for posterior lumbar instrumentation, especially in osteoporotic patients.     

滑动椎弓根钉棒系统的研制和生物力学测试

背景:现今临床上常用的椎弓根钉内固定系统为钉棒锁定结构系统,妨碍了处于生长发育期青少年脊柱的纵向生长,所以迫切需要一种能够滑动的椎弓根钉内固定系统.以减少或避免对脊柱生长的影响.目的:对比观察自行研制的滑动椎弓根钉棒系统与传统锁定椎弓根钉棒系统固定脊椎的力学性能.设计:对比观察. 单位:解放军第三军医大学新桥医院骨科,解放军第二一一医院骨科.材料:实验于2007-06-29在哈尔滨工业大学材料科学院完成.自行设计的滑动椎弓根钉棒系统,材质是钛合金,由江苏省常州市武进第三医疗器械厂生产,包括滑动椎弓根钉、矫形棒和横向连接装置三部分.新鲜猪脊椎标本12具,仔细剔除T1～L5椎体所附肌肉,保留主要韧带及后关节突结构的完整性.方法:将标本随机分成滑动组和锁定组,每组6具标本.切除T12椎骨的部分椎板、周围韧带及T11-12、T12～L1椎间双侧小关节造成脊柱失稳,再将滑动椎弓根钉系统和锁定椎弓根钉系统固定于各组的T10, T12,L2椎体上.将标本稳妥安装在夹具内,置于INSTAON-4505轴 向压缩机上.将应变片连接于YJ-31静电电阻应变仪上,模拟人体脊柱载荷并加载于重心点.以便造成前屈、后伸、侧屈、轴向压缩等运动状态.载荷在100,200,300,400,500 N实施分级加载,在不同情况下测量T12椎体的位移.主要观察指标:①在前屈、后伸、侧屈、轴向压缩情况下,主应变及位移变化.②脊柱固定强度和刚度.结果:滑动组和锁定组在屈伸、侧屈、轴向压缩情况下,其主应变、位移变化及固定强度差异均无显著性性意义(P>0.05).结论;滑动椎弓根钉棒系统可以获得与锁定椎弓根钉棒系统相同的生物力学稳定性.滑动椎弓根钉系统将椎弓根钉与矫形棒之间的连接设计为滑动式,使之可随脊柱生长而延长.用于生长发育期脊柱侧凸的的治疗具有可行性.