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。     

椎弓根螺钉骨水泥强化修复老年腰椎退变的早期效果

背景：老年腰椎退变患者在手术中常面临椎弓根螺钉把持力不足情况,易发生脱钉、固定不牢靠等风险,如何增加螺钉的把持力成为研究的热点。 目的：探讨使用椎弓根螺钉骨水泥强化方案治疗老年腰椎退变的早期临床效果。 方法：选择2012年8月至2014年4月收治的患腰椎退行性疾病行腰椎内固定治疗的患者65例,根据修复方案分为2组,椎弓根螺钉内固定骨水泥强化组24例,常规椎弓根螺钉内固定组41例。比较两组患者的一般情况,采用目测类比评分法和日本矫形科学学会腰椎功能评分表对患者腰背疼痛及下肢神经功能恢复情况进行评估。 结果与结论：65例患者均完成手术,获得随访,随访时间为3-20个月,随访中均行腰椎正侧位片X射线片,未发现螺钉松动、脱落、断裂、椎间隙高度丢失等情况。椎弓根螺钉内固定骨水泥强化组患者的手术出血量、住院时间与常规椎弓根螺钉内固定组差异无显著性意义(P > 0.05),椎弓根螺钉内固定骨水泥强化组术后3,6个月日本矫形科学学会腰椎功能评分及术后3个月的目测类比评分均较常规椎弓根螺钉内固定组显著改善(P < 0.05);两组术后6个月的目测类比评分差异无显著性意义(P > 0.05)。提示将骨水泥沿椎弓根螺钉钉道注入椎弓根及椎体,可达到螺钉骨水泥强化的目的,增加螺钉的把持力,重建腰椎的稳定性,取得了满意的近期疗效。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：     

骨质疏松患者椎弓根螺钉稳定性的随访

背景：骨质疏松患者置入椎弓根螺钉后,易发生螺钉松动和复位矫正丢失等固定不稳现象,因此,骨质疏松被认为是椎弓根螺钉的相对禁忌证。 目的：观察骨质疏松患者提高椎弓根螺钉稳定性方法的临床应用效果。 方法：34例骨质疏松患者行椎弓根螺钉内固定,术中采用了提高椎弓根螺钉稳定性方法。骨折患者14例(骨折组),骨病患者20例。20例骨病患者和5例骨折患者行脊柱后外侧或椎间植骨融合(融合组)。骨质疏松按Jikei分级,初级8例,Ⅰ级11例,Ⅱ级8例,Ⅲ级7例。对19例初级和Ⅰ级骨质疏松患者,采用较粗和较长螺钉,同时结合采用螺钉与连接棒强直性连接,且有两根横向连接装置,左右、上下椎弓根螺钉分别在水平面和矢状面以较大成角置入螺钉等方法提高螺钉固定相对稳定性;对15例Ⅱ级和Ⅲ级骨质疏松患者,钉道注入骨水泥以提高螺钉固定绝对稳定性。 结果与结论：随访9-26个月,平均14个月,无螺钉断裂,骨折组仅2例Jikei Ⅰ级患者固定后五六个月时发生螺钉松动、部分复位矫正丢失等固定不稳,但无明显其他不良影响。骨折组复位矫正丢失平均5%,融合组植骨融合率100%。对于骨质疏松患者,根据骨质梳松程度采用不同的提高螺钉固定稳定性方法,可以减少螺钉松动和复位矫正丢失等固定不稳并发症。     

骨水泥在骨质疏松椎体中强化和翻修椎弓根螺钉的生物力学研究

目的:评价纳米羟基磷灰石骨水泥(Nano-HAC)在骨质疏松椎体中强化和翻修椎弓根螺钉的作用。方法:采用4具女性尸体椎骨,CT扫描测量胸腰椎骨密度(BMD)。其中两套胸腰椎的BMD属Ⅱ级骨质疏松,为1组;其余两套胸腰椎属Ⅲ级骨质疏,为2组。用丝锥在两侧椎弓根攻出导孔,随机选择一侧置入AF螺钉为对照侧,另一侧注入Nano-HAC3ml,然后拧入AF螺钉作为强化侧。在室温下保存24h后测量两侧椎弓根螺钉的最大轴向拨出力(F-max)。用Nano-HAC翻修对照侧钉道,植入同样大小的AF螺钉为翻修侧,室温下保存24h后测量翻修侧椎弓根螺钉的F-max。结果:在1组中强化侧和翻修侧椎弓根螺钉的F-max分别为:(841.00±27.35)、(830.00±19.54)N,与对照侧(494.00±11.66)N比较分别提高了70.2%和68.01%,差别有显著性意义(P<0.01);2组对照侧、强化侧、翻修侧F-max分别为(419.00±13.33)、(778.00±27.90)、(771.00±26.44)N,强化侧较对照侧增加了86%,翻修侧较对照侧增加了84%,差异有显著性(P<0.05)。结论:Nano-HAC在Ⅱ、Ⅲ级骨质疏松椎体中有良好的强化和翻修椎弓根螺钉作用,F-max可达到或接近正常稳定性水平。     

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     

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     

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.       

椎弓根螺钉及颈椎体螺钉置入内固定后的生物力学及稳定性比较

BACKGROUND: From the point of view of human anatomy, the load of the spine is more. When the body moves, the range of activities, and activity are relatively large. After screws were implanted in the spine, if biomechanical properties and stability are not up to the standard, it easily leads to lack of grip force of screw and screw loosening so as to increase the incidence of complications after treatment.      

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.     

椎体骨微结构参数与椎弓根螺钉固定强度的相关性

目的 测量不同骨密度（bone mineral density, BMD）条件下椎体松质骨显微结构参数,并与椎弓根螺钉拔出力作相关性分析,以了解与螺钉稳定性相关的骨显微结构参数,进一步明确螺钉松动的原因。方法 采用新鲜尸体脊柱标本,根据BMD检测结果,按临床诊断标准分为骨质正常、骨量减少、骨质疏松和重度骨质疏松4个水平。然后植入椎弓根螺钉,进行螺钉轴向拔出实验,测定最大拔出力（maximum pullout strength, MPS）。收集螺钉拔出实验后椎体标本,在椎体中央部钻取松质骨柱状样本,对样本进行显微CT扫描,获取椎体松质骨显微结构参数,并进行各项指标的不同BMD水平间的比较分析,在了解这些指标随骨质疏松程度加重的变化规律的基础上,再对骨显微结构参数与所对应的螺钉MPS开展相关性分析。结果BMD水平从正常下降到重度疏松程度,MPS随之显著性下降。随BMD水平的依梯次下降,即骨质疏松程度进行性加重,椎体松质骨显微结构参数发生相应明显变化,存在BMD水平间的显著性差异。广泛的相关性存在于BMD、显微CT参数和螺钉MPS指标之间。其中,螺钉MPS与显微CT扫描所得的骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）和小梁间隙（Tb.Sp）呈高度相关性。结论 随BMD下降,骨组织会同时发生质的退变;螺钉MPS与部分骨显微结构参数高度相关。     

胸腰椎B型骨折经伤椎单节段与跨伤椎短节段固定的对比研究

背景：后路经伤椎单节段固定与跨伤椎短节段固定是治疗胸腰椎B型骨折常用的方法,但两种术式的近远期疗效及各自优缺点尚未明确。 目的：探讨后路经伤椎置钉单椎间椎弓根螺钉复位固定与传统跨伤椎短节段固定治疗创伤性B型胸腰椎骨折,治疗后脊柱稳定性及对固定相邻节段椎间盘退变的影响。 方法：回顾性分析完成随访的AO分型B型胸腰椎骨折患者80例,按照不同的内固定方式分为经伤椎单节段固定组(n=40)和跨伤椎短节段固定组(n=45)。分别对两组患者的疼痛目测类比评分疼痛分级、ASIA脊髓功能分级、椎体前缘压缩率、椎管受堵指数、后凸Cobb角、UCLA相邻节段退变分级进行测量。  结果与结论：两组在ASIA脊髓功能分级、椎管受堵指数、后凸Cobb角的疗效相当。而在手术时间、手术出血量、疼痛目测类比评分疼痛分级、椎体前缘压缩率、UCLA相邻节段退变分级,单节段组要优于短节段组。后路经伤椎单节段固定及传统的短节段固定在治疗胸腰椎B型骨折上都有显著的疗效,而单节段固定组在椎体前缘压缩率的改善及疼痛目测类比评分评分的改善情况要明显优于短节段组。此种手术方式还具有手术时间短、创伤小、减少固定节段以节省脊柱的活动节段,减少固定节段的相邻节段椎间盘退变的优点。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：     

下颈椎前路椎弓根螺钉人工椎体系统生物力学性能及对骨质疏松椎骨稳定性的影响

BACKGROUND: Although the traditional surgical treatment can improve the symptoms of patients with senile osteoporotic vertebral fracture, the treatment easily produces bone graft fusion failure and pseudoarticulation formation and affects clinical effects.      

脊柱内固定椎弓根螺钉置入后生物力学的稳定性

背景：椎弓根螺钉内固定系统由于具有牢固的三维固定效果、良好的生物力学稳定性以及较好的复位和矫正畸形作用,被广泛用于脊柱外科,但椎弓根螺钉系统松动、折断及螺钉拔出等并发症仍是导致内固定手术失败的主要原因。 目的：分析脊柱内固定植入物椎弓根钉的生物力学及稳定性探索。 方法：应用计算机检索万方、维普和PubMed数据库中1999年1月至2011年12月关于椎弓根钉植入后生物力学评价相关的文章,以“椎弓根钉,脊柱,内固定,稳定性,生物相容性”为关键词进行检索。选择脊柱内固定植入物生物力学及评价相关的文献,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。初检得到260篇文献,根据纳入标准选择40篇文章进行综合分析。 结果与结论：要提高椎弓根螺钉系统对脊柱固定的稳定性,可通过改进内固定材料、设计和操作技术以分散固定界面应力,但对螺钉的改进受椎弓根和椎体大小的限制,如何从内固定系统装置上来增强固定效果,有待进一步研究。作者认为椎弓根螺钉植入后的稳定性评价应该结合动物实验和临床研究,包括椎弓根螺钉材质、置入位置、角度、固定装置等因素,还应该针对患者个体化因素进行,即对椎弓根螺钉置入遵循个体化原则,对每一个不同的椎弓根施以不同的置钉入点、方向及螺钉。     

计算机3D模型在模拟寰椎椎弓根钉最佳进钉方向中的应用

背景：寰枢椎解剖结构特殊,同胸腰椎相比,置钉点缺乏固定的解剖标志,而且椎弓根结构变异较大,目前一致的观点是建议个体化的置钉方案。骨科数字软件技术的发展为术前设计提供了新的技术手段。 目的：原创设计出3D矩阵模型,观察寰椎椎弓根通道、置钉安全区,测量最佳置钉方案,简化寰椎椎弓根螺钉进钉方案的术前设计。 方法：将三峡大学人民医院影像归档和通信系统中12例健康成人的寰椎CT连续断层扫描数据导入Mimics 10.01软件,其中男7例,女5例;年龄30-65岁,平均45岁,三维重建后利用.dwg文件导入3dmax2009。确定三维参照坐标和进钉点,用3dmax中参考建模命令建立17×17×2,间距2.5°,水平面角0°-40°,矢状面角0°-40°,共578个元素模拟椎弓根螺钉阵列模型,通过透视图观察直径为3.5 mm,长度为22 mm模拟螺钉在椎弓根通道中的情况,从而确定安全区,测量最佳置钉方案及螺钉角度。   结果与结论：12例受试者矩阵研究元素总数目为17×17×2×12,共6 936个元素单位。其中175个元素符合进钉要求,左、右侧椎弓根内螺钉数目比较,差异无显著性意义(P > 0.05)。提示利用数字3D建模技术能有效、简单、精确的进行寰椎椎弓根置钉的术前设计。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：     

骨质疏松骨折椎体及相邻椎体骨水泥注入前后的有限元分析

背景：目前有限元构建模型主要是基于医学图像的建模方法,骨水泥注入主要是人为假设的,而文章中治疗前后的数据直接来源于CT扫描,可靠性更高。 目的：构建骨水泥注入前后骨质疏松性腰椎骨折椎体的三维有限元模型,分析治疗前后病椎及邻椎的应力变化。 方法：选取1例75岁骨质疏松性L₂椎体压缩性骨折患者,经双侧椎弓根注入少量骨水泥获得良好疗效,随访2年病椎及邻椎无新发骨折,局部无疼痛。根据其治疗前后的腰椎CT数据,构建三维有限元模型,模拟腰椎屈伸、左右侧屈、旋转等运动,统计分析治疗前后同一运动状态下的应力变化。 结果与结论：建立了腰椎压缩骨折骨水泥注入前后的三维有限元模型,共生成222 727个单元。骨水泥注入增加了L₂椎体(病椎)屈、伸、侧屈各运动时的应力(P < 0.05),对其旋转时的应力无明显影响(P > 0.05);对L₁,L₃椎体(邻椎)在屈、伸、侧屈及旋转时的应力亦无影响(P > 0.05)。提示少量骨水泥注入治疗老年骨质疏松性腰椎骨折可增加病椎强度及应力,但不改变相邻椎体应力。     

硫酸钙骨替代材料联合椎弓根钉固定恢复胸腰椎压缩骨折椎体高度

背景：硫酸钙骨替代材料具有良好的安全性和生物相容性,植入人体后具备较好的强度,可恢复胸腰椎骨折力学强度,降低椎体高度的丢失且可逐渐被降解吸收。 目的：观察硫酸钙骨替代材料联合后路椎弓根钉固定恢复胸腰椎压缩骨折椎体高度的效果。 方法：纳入42例T12-L3胸腰椎压缩骨折患者,其中男27例,女15例,年龄21-57岁,均实施硫酸钙骨替代材料联合后路椎弓根钉固定置入治疗,治疗后12个月,对比治疗前后的椎体前缘高度、脊柱后凸Cobb角、Oswestry功能障碍指数评分及目测类比评分情况。 结果与结论：随访12个月,所有患者均未出现局部炎症和过敏、刺激反应等,未发生凝血改变和免疫反应等,螺钉无断裂或者松动现象;末次随访椎体前缘高度较治疗前显著增加(P < 0.05),末次随访脊柱后凸Cobb角、Oswestry功能障碍指数及目测类比评分较治疗前显著减小(P < 0.05)。表明硫酸钙骨替代材料联合后路椎弓根钉固定置入治疗可显著恢复胸腰椎压缩骨折患者的椎体高度,促进患者功能恢复。 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