椎弓根螺钉固定的生物力学研究进展

椎弓根螺钉固定性的生物力学研究对提高其固定技术、增强固定的稳定性、减少并发症和改进固定器械起着重要的促进作用。椎弓根的结构特点是椎弓根螺钉固定的解剖基础。螺钉的大小、形状、疲劳特性和椎体的骨密度是影响强度的主要因素,螺道的准备、螺钉的植入点和植入方向以及辅助的椎板钩、骨水泥的应用、合理的植骨是影响固定强度不可忽视的技术因素。椎弓根螺钉固定的体外试验不能很好的反映器械与人体相互作用的生物力学特性,体内研究有待进一步开展。     

骨质疏松对椎弓根螺钉稳定性影响 的实验研究

目的评价不同骨质疏松程度条件下,椎弓螺钉的稳定性,为椎弓根内固定在合并有骨质疏松 症的患者中的选用提供力学理论基础。方法采用新鲜尸体脊柱标本,根据骨密度检测结果,按临床 诊断标准分成骨质正常、骨量减少、骨质疏松和重度骨质疏松四个水平。然后,每个骨密度水平,植入 普通椎弓根螺钉24枚,进行螺钉轴向拔出实验,测定最大拔出力、刚度和能量吸收值三项指标,对所 测指标进行骨密度水平间的对比分析。结果骨密度水平从正常下降到重度疏松程度,最大拔出力、 刚度均随之下降,组间比较均存在显著性差异（孕<0.05 )。正常骨密度水平的能量吸收值显著高于 骨质疏松、重度疏松（孕<0.05 ),但与骨量减少水平相比并无统计学差异（孕>0.05 )。另外,骨量减少 水平的能量吸收值显著性高于重度骨质疏松水平（孕<0. 05 ),但与骨质疏松水平相比较无显著性差 异（P跃0.05 )。结论反映椎体骨质质量的骨密度是决定椎弓根螺钉稳定性的重要因素。     

椎弓根螺钉生物力学研究新进展

椎弓根螺钉作为一种较为优良的脊柱内固定手段，近几年来已越来越广泛地应用于临床实践中。本文就生物力学研究与椎弓根螺钉最新进展进行综述。     

可吸收骨水泥对椎弓根螺钉稳定性的生物力学影响

目的：验证椎弓根螺钉植入时添加可吸收骨水泥α-BSM^TM对螺钉初始稳定性的影响。方法：采用6具人体新鲜腰椎标本,共16个椎体（L3－L5）,将椎弓根螺钉分别置入两侧椎弓根,随机在一侧加α-BSM^TM,测试螺钉最大轴向拔出力（F－max）和螺钉拔出过程中达到最大轴向拔出力时的能量吸收（E－F－max）及螺钉拔出一个螺距（2．0mm)旦的能量吸收（E－2mm)。结果：同未加α－BSM^TM组相比较,椎弓根螺钉最大轴向拔出力F－max在加入α-BSM^TM后,由370N提高到665N,增加了80％。E－F－max和E－2mm也分别增加了83％和68％,差别有统计学显著意义（Wilcoxon's检验,P＜0．01）。最大轴向拔出力F－max（加和不加α-BSM^TM)与椎体松质骨的骨密度（BMD）紧密相关（r=0.9585,0.9056,P＜0．05）。结论：在椎弓根螺钉植入时添加α-BSM^TM能显著提高其初始稳定性。     

强化骨质疏松椎弓根螺钉对脊柱稳定性影响的生物力学研究

目的探讨聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)骨水泥,强化骨质疏松椎弓根螺钉在脊柱内固定术中,对不稳定性胸腰椎损伤的即刻稳定性和反复载荷后的稳定性.方法 6具新鲜女性骨质疏松脊柱标本(T10～L5),制备L1椎体节段不稳定性损伤模型后椎弓根螺钉系统固定,行左/右侧弯、左/右旋转和前屈/后伸6个方向的稳定性测试,并在MTS 858试验机上进行屈/伸疲劳试验.比较○a正常脊柱(正常对照组);○b损伤模型钢板固定疲劳前(强化前);○c钢板固定疲劳后(强化前);○d钢板固定疲劳前(强化后);○e钢板固定疲劳后(强化后)5种状态下脊柱的稳定性变化.结果○b、○d、○e三种状态下,前屈和后伸时的运动角度分别为6.23±1.56和4.49±1.00、 4.46±1.83和6.60±1.80、 4.41±0.82和4.46±1.83,运动范围的差异无统计学意义(P＞0.05),但均小于○a、○c状态下的运动角度8.75±1.88和1.47±2.25、8.92±2.97和12.24±3.08,有统计学意义(P＜0.01).结论 PMMA强化骨质疏松椎弓根螺钉脊柱内固定能明显增强脊柱的稳定性和抗疲劳能力.     

强化膨胀式椎弓根螺钉翻修作用的生物力学评价

目的测试骨水泥强化膨胀式椎弓根螺钉(augmentation expansive pedicle screwfixa-tion with polymethyl methacrylate,AEPS),未强化的膨胀式椎弓根螺钉(expansive pedicle screw,EPS),CDH椎弓根螺钉翻修后的最大轴向拔出力,评价AEPS螺钉的翻修效应。方法24个新鲜小牛腰椎随机分成三组,AEPS组、EPS组、CDH组,每组8个椎体,三组椎体的椎弓根处均预先植入直径6.5mm CDH螺钉,拔出螺钉造成螺钉松动脱出的脊柱模型,然后分别植入AEPS、EPS、CDH螺钉,再次拔出螺钉,记录翻修后最大轴向拔出力。结果AEPS、EPS、CDH螺钉翻修后的最大拔出力分别为(2723.3±565.4)、(2216.3±475.6)和(1321.4±346.7)N,AEPS和EPS螺钉最大拔出力均显著高于CDH螺钉(P<0.05),AEPS轴向拔出力高于EPS螺钉,但差异无统计学意义(P>0.05)。结论AEPS与EPS螺钉具有相当的翻修作用。     

两种不同方法提高椎弓根螺钉稳定性的体外生物力学研究

目的 比较膨胀式椎弓根螺钉(EPS)与骨水泥(PMMA)强化方法在体外提高螺钉稳定性的效果.方法 将60个新鲜成年绵羊腰椎随机分为三组.普通椎弓根螺钉组(CPS组):直接拧入普通椎弓根螺钉;PMMA-PS组:向钉道内注入PMMA(1.0 ml)后拧入CPS;EPS组:直接拧入EPS.24 h后对所有标本进行X线检查,随...     

椎弓根螺钉不同翻修方法的生物力学研究

目的：研究增加螺钉直径和长度、钉孔内植骨以及聚四氟乙烯膨胀螺栓强化这四种椎弓根螺钉翻修方法所各自产生的最大轴向拔出力和最大置入扭矩变化，以确定椎弓根螺钉的最佳翻修方法。方法：将6具成人T10～L5椎体标本，分为：(1)增加椎弓根螺钉直径组，(2)延长椎弓根螺钉长度组，(3)增加直径 延长长度组，(4)植骨组，(5)聚四氟乙烯膨胀螺栓组，(6)退出后再置组。将最初置入的直径5．0mm、长40mm螺钉时所测得的最大扭矩和最大轴向拔出力作为对照组数据；记录翻修螺钉最大扭矩和最大轴向拔出力与相应对照组数据之间的变化量，各组之间结果行统计学分析。结果：在增加螺钉直径和(或)长度的方法中，当螺钉直径增加2mm且长度增加10mm时，扭矩和最大轴向拔出力的增加最明显，分别为37．06％和18．22％；螺钉直径增加2mm，扭矩增加20．15％，最大轴向拔出力增加19．99％；螺钉直径增加1mm、长度增加5mm，扭矩增加19．23％，最大轴向拔出力增加10．07％；螺钉长度单纯增加5mm与10m，扭矩分别下降32．80％和14．02％，最大轴向拔出力分别下降27.36％和增加43．25％；钉孔内植骨后再置入螺钉，扭矩和轴向拔出力分别下降了14．99％和29．34％；聚四氟乙烯膨胀螺栓强化后再置入螺钉，扭矩显著增加，而轴向拔出力下降了37．40％；螺钉退出后再置，扭矩下降了34．22％。结论：螺钉直径增加2mm对椎弓根螺钉翻修最有效，其次为螺钉直径增加1mm、长度增加5mm。钉孔内植骨的方法不可取。聚四氟乙烯膨胀螺栓强化的翻修方法需进一步研究。     

不同直径锥形椎弓根螺钉对腰椎骨折复位固定效果的动态生物力学研究

在实验性腰椎骨折模型中，经过不同直径锥形椎弓根螺钉固定后，分别进行载荷—应变动态生物力学实验观察，结果认为在一定范围内，不同直径锥形椎弓根螺钉拥有相同的复位固定效果。     

加强和维持椎弓根螺钉系统稳定性的研究进展

椎弓根螺钉系统目前已广泛应用于脊柱外科领域 ,但与之有关的常见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。尤其在老年病人中发生率更高 ,随着人口老龄化 ,这类问题将会更加突出。如何提高椎弓根螺钉的稳定性 ?鉴于椎弓根螺钉的稳定性与①螺钉的几何形态 ;②骨质量 ;③安装的质量有密切关系[1] ,另外尚与螺钉的材料 ,所受外界负荷的大小、周期、次数也有关系。故许多学者希冀于改进椎弓根螺钉固定系统 ,强化骨质 ,改进操作技术及提高技术水平来实现。现作者就近年来加强和维持椎弓根螺钉稳定性的研究作一综述。1　改进…     

寰枢椎后路椎弓根螺钉固定的生物力学评价

目的：评价寰枢椎后路椎弓根螺钉固定的生物力学稳定性。方法：6具新鲜颈椎标本，按随机顺序，对每一标本先后行C1-C2椎弓根螺钉、Magerl螺钉、Brooks钢丝以及螺钉联合钢丝固定，在脊柱三维运动实验机上测量其三维运动范围。结果：Magerl螺钉或C1-C2椎弓根螺钉联合Brooks钢丝组成的固定系统的三维运动范围最小。C1-C2椎弓根螺钉固定的前后屈伸运动范围与Brooks钢丝固定无差异，但大于Magerl螺钉；其左右侧屈运动范围小于Brooks钢丝固定，大于Magerl螺钉；其轴向旋转角度明显小于Brooks钢丝固定，但与Magerl螺钉无统计学差异。结论：C1-C2椎弓根螺钉的三维稳定性与Magerl螺钉相当，联合Brooks钢丝固定可进一步提高其稳定性。     

磷酸钙骨水泥强化椎弓根螺钉固定的生物力学研究

目的:评价磷酸钙骨水泥(calciumphosphatecement,CPC)对椎弓根螺钉固定的强化作用。方法:在两组男性尸体椎骨的一侧直接置入椎弓根螺钉作为对照(对照侧),另一侧填入CPC后再置入螺钉作强化固定(强化侧),15min和12h后测定椎弓根螺钉的最大轴向拔出力(Fmax),然后用CPC重新固定12h后拔松的椎弓根螺钉并测得其Fmax。结果:强化侧Fmax和对照侧比较,15min后提高了55%,12h后提高了83%;重新固定后,两侧Fmax较固定前分别提高了54.2%和63.6%,差别有显著性意义(Wilcoxon's检验,P<0.01)。结论:磷酸钙骨水泥能强化椎弓根螺钉的固定。     

椎弓根内固定系统生物力学实验研究

取20具成人尸体腰段脊柱,模拟最严重前中柱损伤模型,通过测定加载方向应变和位移或角度值,比较短节段Roy—Camille、Steffee、Dick、C—D和TPRF5种椎弓根内固定系统在轴向压缩、侧弯、前屈和扭转试验的生物力学稳定性。实验结果表明:器械的稳定程度与椎弓根螺钉直径、螺钉固定装置等结构密切相关。本实验条件下,以TPRF的稳定性最好,但各种器械均不能完全恢复正常脊柱的稳定性。     

不同矢状角度置入椎弓根螺钉的拔钉生物力学研究

目的 观察椎弓根螺钉不同矢状成角置入后单个椎体的拔钉生物力学特点,为临床置钉提供理论依据.方法 采用猪新鲜L1共12个椎体标本,将24侧椎弓根分三组,按不同矢状成角0°组、10°组、-20°组置人椎弓根螺钉,测出最大轴向拔出力.结果 -20°组椎弓根螺钉拔出力及拔出能量最大,0°组最小,10°组界于二者之间;三组之间最大拔出力及拔出能量两两比较P＜0.05.提示各组之间差异均有统计学意义.结论 矢状面成角置钉对螺钉的把持力大于0°角置钉,随置钉角度的增加,螺钉把持力也增大.     

膨胀式脊柱椎弓根螺钉固定的生物力学研究

目的:测试膨胀式椎弓根螺钉(expansivepediclescrew,EPS)的骨-器械界面强度及耐疲劳强度,评价EPS的脊柱后路固定强度。方法:100个新鲜小牛腰椎随机分成A、B、C三组,以USS,Tenor,CDH螺钉为对照螺钉,分别对EPS进行最大旋出力矩实验、轴向拔出实验和翻修实验,记录最大旋出力矩(Tmax)、最大轴向拔出力(Fmax)和翻修后最大轴向拔出力。并在超高分子聚乙烯材料上对螺钉进行150万次的周期载荷疲劳实验。结果:EPS的Tmax、Famx显著大于三种对照螺钉(P<0.01)。EPS翻修时的Fmax亦显著高于对照螺钉(P<0.05)。150万次周期载荷疲劳实验完成后,四种螺钉均未出现疲劳折断现象。结论:EPS较目前常使用的非膨胀椎弓根螺钉有更好的脊柱固定作用及翻修性能,其耐疲劳强度与其它三种螺钉相当。     

骨粘合剂强化椎弓根螺钉稳定的生物力学研究

如何提高骨质疏松患者椎弓根螺钉固定在椎体内的稳定性，已成为临床骨科亟待解决的难题。本文从生物力学角度综述了椎弓根强化固定的国外研究进展。     

改进螺钉设计提高骨质疏松条件下椎弓根螺钉稳定性的研究进展

椎弓根螺钉内固定系统是脊柱外科常用的后路内固定技术之一。骨质疏松患者由于椎体骨密度（bone mineraldensity,BMD）降低,骨小梁变薄,常导致螺钉松动甚至断裂。有研究表明：BMD与轴向拔出力呈正相关,BMD的降低会严重影响螺钉的稳定性。为了提高椎弓根螺钉在体内的稳定性,国内外学者在通过改进螺钉的设计提高螺钉的把持力方面做了大量的研究,笔者对近年来这方面的研究进展作一综述。     

膨胀式脊柱内固定系统椎弓根螺钉翻修作用的生物力学研究

目的：评价自行设计的膨胀式脊柱同定系统（expansive spinal fixation system，ESFS）的椎弓根螺钉对椎弓根螺钉固定失败后的翻修作用。方法：将30个深低温冰冻的正常成人腰椎体标本随机分为A、B、C三组．每组10个椎体（20侧椎弓根）。各组标本每个椎体的两侧椎弓根均先拧入直径6．0mm、长45mm的CD-Ⅱ螺钉．行螺钉拔出试验，记录螺钉的最大旋入力矩和最大轴向拔出力。然后将CD-Ⅱ螺钉拔出，各组标本每一椎体随机经一侧椎弓根原钉道拧入直径7．0mm、长45mm的ESFS螺钉；A组另一侧椎弓根拧入直径7．0mm、长45mm的CD-Ⅱ螺钉，B组另一侧拧入直径7．0mm、长45mm的TSRH螺钉．C组另一侧拧入直径7．0mm、长45mm的GSS螺钉。分别测试螺钉最大旋入力矩和最大轴向拔出力。结果：A、B、C三组的ESFS螺钉最大轴向拔出力分别为6mm CD-Ⅱ螺钉的113％、110％和112％，而直径7．0mm、长45mm的CD-Ⅱ螺钉、TSRH螺钉和GSS螺钉的最大轴向拔出力分别只有6mm CD-Ⅱ螺钉的80％、82％和88％，各组ESFS螺钉最大轴向拔出力明显高于其它三种螺钉。差异有显著性（P〈0．01）。各组各螺钉最大旋入力矩之间差异无显著性（P〉0．05）。结论：ESFS螺钉具有很好的椎弓根锚固作用及翻修作用。