注射型磷酸钙骨水泥和PMMA在椎体成形术中的生物力学研究

目的模仿椎体成形术观察注射型磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement CPC)/聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)植入椎体后的生物力学改变.方法将PMMA和CPC通过手术植入到犬椎体,经过8周和16周后分别取材,行X线、CT检查,并测定不同时间椎体的轴向抗压强度和抗扭转强度.结果(1)植入早期,PMMA的抗压强度明显高于正常椎体和CPC(P＜0.01),CPC的抗压强度明显低于正常椎体和PMMA(P＜0.01).术后8周显示,PMMA的抗压强度有所下降(P＜0.01=0.009),CPC的抗压强度有所上升(P＜0.05=0.034),但与正常椎体相比仍差别显著.术后16周显示PMMA抗压强度继续下降(P＞0.05=0.710),CPC的抗压强度继续上升(P＞0.05=0.648),与正常椎体相比无显著性差异.(2)植入早期,PMMA的抗扭转强度明显高于正常椎体和CPC(P＜0.05=0.03),CPC的抗扭强度明显低于正常椎体和PMMA(P＜0.05=0.02).术后8周显示,PMMA的抗扭强度有所下降,但与正常椎体相比仍差别显著(P＜0.05=0.045),CPC的抗压强度有所上升与正常椎体相比差异不显著(P＞0.05=0.078).术后16周显示PMMA抗压强度继续下降(P＞0.05=0.137),CPC的抗压强度继续上升,与正常椎体相比无显著性差异(P＞0.05=0.847).结论磷酸钙骨水泥是椎体成形术中治疗椎体压缩性骨折和胸腰椎爆裂骨折一种比较理想的材料,注入到椎体后,其生物力学强度有逐渐增强的趋势,而PMMA是机械固定,其生物力学强度有逐渐减弱的趋势.     

注射型磷酸钙骨水泥和PMMA在椎体成形术中的生物力学研究

目的:模仿椎体成形术观察注射型磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement CPC)/聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)植入椎体后的生物力学改变.方法:将PMMA和CPC通过手术植入到犬椎体,经过8周和16周后分别取材,行X线、CT检查,并测定不同时间椎体的轴向抗压强度和抗扭转强度.结果:(1)植入早期,PMMA的抗压强度明显高于正常椎体和CPC(P＜0.01),CPC的抗压强度明显低于正常椎体和PMMA(P＜0.01).术后8周显示,PMMA的抗压强度有所下降(P＜0.01=0.009),CPC的抗压强度有所上升(P＜0.05=0.034),但与正常椎体相比仍差别显著.术后16周显示PMMA抗压强度继续下降(P＞0.05=0.710),CPC的抗压强度继续上升(P＞0.05=0.648),与正常椎体相比无显著性差异.(2)植入早期,PMMA的抗扭转强度明显高于正常椎体和CPC(P＜0.05=0.03),CPC的抗扭强度明显低于正常椎体和PMMA(P＜0.05=0.02).术后8周显示,PMMA的抗扭强度有所下降,但与正常椎体相比仍差别显著(P＜0.05=0.045),CPC的抗压强度有所上升与正常椎体相比差异不显著(P＞0.05=0.078).术后16周显示PMMA抗压强度继续下降(P＞0.05=0.137),CPC的抗压强度继续上升,与正常椎体相比无显著性差异(P＞0.05=0.847).结论:磷酸钙骨水泥是椎体成形术中治疗椎体压缩性骨折和胸腰椎爆裂骨折一种比较理想的材料,注入到椎体后,其生物力学强度有逐渐增强的趋势,而PMMA是机械固定,其生物力学强度有逐渐减弱的趋势.     

磷酸钙骨水泥在椎体成形术中的实验研究

目的 :模仿椎体成形术观察磷酸钙骨水泥 /聚甲基丙烯酸甲酯植入椎体后与椎体界面间的组织学差异。方法 :将PMMA和CPC植入到犬椎体 ,通过X线、CT、光镜、扫描电镜观察 2种材料与椎体界面间的微观结构变化。结果 :PMMA与椎体之间的结合是单纯的机械连接未能达到生物机械固定 ,CPC与骨界面间无排异反应的表现 ,是直接的骨小梁与生物材料之间的生物连接。结论 :磷酸钙骨水泥是椎体成形术中的一种比较理想的替代材料     

磷酸钙骨水泥注射椎体成形术的生物力学研究

目的探讨磷酸钙骨水泥注射椎体成形术后对椎体的力学影响.方法建立前屈方向加载单椎体骨折模型,对新鲜尸体胸腰椎椎体标本行磷酸钙骨水泥(CPC)成形强化,骨折前、成形后分别行屈曲压缩力学实验.结果椎体内注射CPC能明显恢复骨折椎体的力学性质.但其恢复的程度与注入量有关,其强度最高可恢复到原来正常情况下的2倍,而刚度可超过原来的14.70%左右.椎体的强度和刚度分别增加52.38%(P＜0.05)和14.70%(P＜0.05).结论椎体内注射CPC能明显恢复骨折椎体的力学性质.     

磷酸钙骨水泥球囊撑开椎体成形术治疗骨质疏松性椎体骨折

目的：评估磷酸钙骨水泥（calciumphosphatecement,CPC）球囊撑开椎体成形术治疗骨质疏松性椎体骨折（osteoporoticvertebralfractures,OVF）的临床疗效。方法：自2009年1月至2011年1月采用CPC球囊撑开椎体成形术治疗26例（31椎体）骨质疏松性椎体骨折患者,其中男15例,女11例;年龄60-89岁,平均（71．67±4．36）岁;病程0．5～7d,平均3．2d。采用视觉模拟评分visualanalogueSCale,VAS）和功能障碍指数（oswestrydisabilityindex,ODI）对疼痛和功能进行评定。通过X线对椎体高度的丢失和后凸畸形角度进行观察。结果：所有患者获得随访,时间10-24个月,平均18个月。术前、术后24h、末次随访时VAS评分分别为7.91±1．20、3．22±1．12、1．92±0．83,ODI评分分别为40．00±1．15、17．00±2．12、13．00±1．42,椎体高度分别为（18．21±3．21）、（23．82±3．10）、（21．85±3．24）mm,后凸畸形角度分别为（18．21±3．21）°、（7．42±3．13）°、（10．01°±3．11）°,术后24h、末次随访与术前比较差异有统计学意义（P〈0．05）,术后24h与末次随访比较差异无统计学意义（P〉0．05）。结论：CPC球囊撑开椎体成形术是治疗骨质疏松性椎体骨折的有效方法,能迅速缓解疼痛,有效的恢复椎体骨折椎体高度及纠正后凸畸形角度,具有创伤小、安全性好的优点。     

硫酸钙骨水泥在骨折椎体成形术中的力学性能

目的评价硫酸钙骨水泥在胸腰椎压缩性骨折椎体成形术中的生物力学性能。方法采集15具新鲜成年小牛胸腰椎标本,制成T11~L1脊柱功能单位,随机分为A、B、C三组各5具,正常完整标本组（A组）,后路复位椎弓根钉固定组（B组）,后路复位椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组（C组）。B、C组标本制成T12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。三组标本在WE-10型万能材料试验机上加载不同级别载荷,检测脊柱功能单位的载荷-应变关系、载荷-位移关系、强度、刚度等生物力学性能,试验数据进行统计学处理,并进行组间比较。结果胸腰椎功能单位抗压强度,A、B、C三组分别为（2488±224）N、（3 368±310）N、（4 283±404）N,B、C之间相差21%,差异有统计学意义（t=1.422,P〈0.05）;A、C之间相差42%,差异有统计学意义（t=1.814,P〈0.05）。胸腰椎功能单位刚度,A、B、C三组分别为（400±32）N/mm、（455±42）N/mm、（638±61）N/mm,B、C之间相差29%,差异有统计学意义（t=1.792,P〈0.05）;A、C之间相差37%,差异有统计学意义（t=2.628,P〈0.05）。结论经后路椎弓根螺钉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优越,术后不但强度大、刚度高,而且承载能力大,椎体高度恢复满意;术后的胸腰椎稳定,极大地分担内固定物的应力负荷,进而降低螺钉的松动、折断发生率及术后椎体高度的丢失。     

经皮椎体成形术磷酸钙骨水泥治疗老年骨质疏松性椎体压缩性骨折

目的探讨应用经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty,PVP)自固化磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)充填治疗骨质疏松性胸腰椎压缩性骨折的临床疗效。方法 45例骨质疏松性胸腰椎压缩骨折患者病人共45个椎体,采用自固化磷酸钙骨水泥(calcium phosphatecement,CPC)治疗,平均充填量为2～4mL。手术前后应用国际通用术前疼痛目测分级(VAS)评分,脊柱侧位X线片测量椎体高度。结果 45例患者45个椎体操作全部成功,成功率100%。术后随访24个月,患者背部疼痛明显缓解或消失;术前VAS评分为6.5～8.8分,平均7.6±0.65分,术后1个月VAS评分平均2.02±0.87分,术后24个月VAS评分平均2.82±1.11分,手术前后有统计学意义(P0.05),术后1个月与术后24个月比较无显著差异(P0.05)。术后椎体高度无变化,随访椎体高度无丢失、无并发症。结论自固化磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)充填治疗骨质疏松性胸腰椎压缩性骨折是一种微创、安全、有效的治疗手段。     

硫酸钙骨水泥在胸腰椎爆裂骨折椎体成形术中的生物力学性能

[目的]评价硫酸钙骨水泥(CSC)椎体成形术在胸腰椎爆裂骨折中的生物力学性能及临床应用价值.[方法]将16具新鲜小牛胸腰椎标本分为4组,A、B、C 3组制成爆裂骨折模型后分别实施CSC磷酸钙骨水泥(CPC)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)椎体成形术,D组为无骨折对照组.测量指标包括:爆裂骨折前、后与复位后及椎体成形术后的椎体前缘高度;达到完全填充时的3种骨水泥的注射量;生物力学检测4组标本的极限抗压强度及刚度.[结果](1)实验组12具标本均形成胸腰椎爆裂骨折模型,平均撞击能量为66.2 J;(2)CSC、CPC、PMMA的注射量分别为:4.4 ml±0.8 ml、3.7 ml±0.7 ml、4.0 ml±0.6 ml,组间无差别(P>0.05);(3)3种骨水泥均能有效充填爆裂骨折椎体复位后遗留的骨缺损,显著恢复了伤椎高度(P<0.01);(4)A、B、C、D组的极限抗压强度分别为:1 659 N±154 N、1 011 N±142 N、2 821 N±897 N及2 439 N±525 N.PMMA能够完全恢复骨折椎的抗压强度,CSC、CPC均只能部分恢复骨折椎的强度,但CSC优于CPC(P<0.01);(5)4组椎体的刚度分别为:(140±40)N/mm、(148±33)N/mm、(236±97)N/mm、(224±38)N/mm.CSC的刚度低于完整椎体68.0%,(P<0.05),但与PMMA、CPC无显著差异(P>0.05).[结论]经CSC椎体成形术的骨折椎强度优于CPC,刚度与PM-MA、CPC相当.将CSC椎体成形术作为一种辅助治疗方式用于胸腰椎爆裂骨折能满足力学要求,手术安全可行.     

经单或双侧椎弓根灌注自固化磷酸钙骨水泥椎体成形的效果比较

目的：比较经单或双侧椎弓根将白同化磷酸钙骨水泥（autosetting calcium phosphate cement，ACPC）灌注入骨质疏松性压缩骨折椎体的成形效果。方法：自7具老年新鲜尸体脊柱上取T10～T12或L1～L3连续三节段椎体共10个标本，分别测定初始中间椎体和相邻椎间盘非破坏性载荷下标本前屈、后伸、侧屈和扭转运动时的应力、应变值和轴向刚度。然后在前屈压缩下造成中间椎体骨折。标本随机分成两组，分别经单侧和双侧椎弓根将3ml ACPC注入椎体后再同前测试，并测定中间椎体极限抗压强度和刚度。结果：成形术后中间椎体在非破坏性载荷下标本前屈、后伸和侧屈运动时应力和轴向刚度较初始无明显增加，经单侧和双侧椎弓根灌注组之间也无明显差异，但扭转刚度皆有下降。两组抗压极限强度较初始都有显著性提高。两组相领椎间盘应力和轴向刚度皆无明显变化。结论：经单侧和双侧椎弓根灌注3ml ACPC都能较好恢复骨质疏松性压缩骨折椎体的生物力学性能，对相邻椎间盘的抗压力学性能影响小。     

椎体成形术中骨水泥量对椎体机械性能的实验研究

目的探讨聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和自固化磷酸钙骨水泥(CPC)的不同用量对骨质疏松性椎体强度和硬度的影响,明确恢复椎体强度及硬度所需的最小骨水泥用量。方法取5具老年女性(65～73岁)48个脊椎标本(T6～L3),分解后压缩并测量其强度和硬度,将3、5、7ml PMMA和CPC注入压缩后的椎体,再测其强度和硬度,并与原来的强度和硬度进行比较。结果所有椎体注入骨水泥后强度都得到恢复,注入5ml、7ml骨水泥后强度明显增加;注入PMMA后硬度都得到恢复,而注入CPC 5ml、7ml才能恢复椎体硬度。结论骨质疏松性椎体骨折后,注入骨水泥可有效恢复椎体的强度和硬度,此结果可有利于指导椎体成形术的临床应用。     

复合rhBMP-2可注射磷酸钙骨水泥在椎体成形术中应用的实验研究

目的 探讨自主研发的复合rhBMP-2可注射磷酸钙骨水泥(复合材料)替代注射型聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)应用于猕猴椎体成形术的可行性.方法 将4只成年猕猴分为Ⅰ、Ⅱ两组,每组2只.每组猕猴T10～L7的20个椎体经皮穿刺,按处理方法不同分为复合材料组(A组,8个椎体)、可注射型PMMA组(B组,6个椎体)和手术空白对照组(C组,6个椎体).分别于术后即刻和术后1、2,4、6个月行放射学检查.Ⅰ组于术后2个月、Ⅱ组于术后6个月处死,取出单个椎体,每个椎体取含材料骨样本2份,1份用于光镜检查,另1份用于扫描电镜.观察两种材料强化椎体的早期和后期效果和变化.结果 A组2个月时材料部分降解,未见界面缝隙、纤维增生、炎性浸润或硬化骨痂现象,大量类骨质形成并长人材料,可见新生血管;6个月后大部分材料吸收完全,大部分软骨钙化形成成熟骨组织,有完整的骨小梁及哈佛系统.B组2个月时未见材料降解,中度炎性浸润,纤维组织膜包裹,界面缝隙明显,未见新骨生长;6个月时,炎性浸润消失,纤维界膜变薄,界面缝隙变窄,仍无材料降解和新骨生长.C组2个月后椎体骨隧道被新生骨质填充,骨小梁排列紊乱,边界硬化骨痂形成;6个月后,骨小梁排列整齐,边界骨痂消失,不能辨认,骨重建完成.结论 复合rhBMP-2的注射型磷酸钙骨水泥植入椎体后能够获得良好的诱导生长活性,材料降解和新骨替代同步,周期接近于正常椎体的骨愈合,可望替代PMMA获得椎体成形后早期和远期更好的组织学效果.     

椎体成形术或后凸成形术生物活性充填材料的体内降解

目的 观察磷酸钙骨水泥(CPC)和硫酸钙骨水泥(CSC)在椎体内的演变过程,为椎体成形术或后凸成形术中寻找更为合适的充填材料.方法 对24只成年雌性绵羊的L2～L5椎体制作骨缺损,随机注入CPC、CSC和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),其中剩余的椎体作为空白对照,并以L6椎体作正常对照.术后2周、12周和24周分别随机处死其中8只绵羊,进行大体观察、生物力学测试、不脱钙组织学分析.结果 CSC组和CPC组椎体被填充材料明显增强,但CSC组椎体力学性能自2～12周呈现下降趋势,而到24周时又出现回升.CPC组椎体力学性能自2～24周呈上升趋势.12周时3组新骨形成量差异不明显,CSC已被大部分吸收;植入24周时新骨形成量CSC组＞空白组＞CPC组,CPC出现了明显的吸收,而CSC仅有少量残留.结论 CSC与CPC初期均能明显增强椎体;随着时间的推移,CSC在体内降解迅速,而CPC在体内降解缓慢.     

复合重组人骨形态发生蛋白-2的可注射磷酸钙骨水泥在椎体成形术中的生物力学研究

目的探讨自主研发的复合重组人骨形态发生蛋白-2（rhBMP-2）的可注射磷酸钙骨水泥（CPC）应用于猕猴椎体成形术早期和后期生物力学性能。方法①将2只成年猕猴尸体作为I组，4只成年猕猴分为Ⅱ、Ⅲ两组，每组猕猴T10-L7的20个椎体分为A、B、C三组，经皮穿刺。A组：8个椎体，灌注复合rhBMP-2的可注射CPC；B组：6个椎体，灌注注射型PMMA；C组：6个椎体，手术空白对照组，穿刺后灌注生理盐水。②I组于术后立即进行测试，Ⅱ、Ⅲ组分别于术后2个月和6个月处死，解剖出单个椎体制成标本，在轴向压缩载荷下测定单个椎体的抗压强度和刚度。分析两种材料强化椎体的早期和后期效果及变化。结果C组椎体抗压强度和刚度于术后、术后2个月和6个月比较差异无统计学意义（P〉0．05）。A组椎体的抗压强度比C组椎体增加了29．1％（P〈0．05），术后2个月变为25．5％（P〈0．05），术后6个月与C组差异无统计学意义（P〉0．05）；抗压强度随时间逐渐下降（P均〈0．05），刚度始终无明显增高（P〉0．05）。B组椎体的抗压强度和刚度分别增加了55．2％和22．8％（P均〈0．05），2个月后变为52．7％和25．9％（P均〈0．05），6个月后仍增强48．6％和28．7％（P均〈0．05）。结论复合rhBMP-2的CPC材料强化椎体的力学性能良好并能始终维持适中的力学强度，可避免PMMA过高强度带来的远期邻近椎体骨折和椎间盘退行性变加速的危险。     

Biomechanical evaluation of kyphoplasty and vertebroplasty with calcium phosphate cement in a simulated osteoporotic compression fracture

 Kyphoplasty and vertebroplasty with polymethylmethacrylate (PMMA) have been used for the treatment of osteoporotic vertebral compression fractures. We performed kyphoplasty and vertebroplasty with α-tricalcium phosphate cement (CPC) and PMMA to compare the biomechanical properties. Thirty osteoporotic vertebrae were harvested from nine embalmed cadavers. We randomized the vertebrae into four treatment groups: (1) kyphoplasty with CPC; (2) kyphoplasty with PMMA; (3) vertebroplasty with CPC; and (4) vertebroplasty with PMMA. Prior to injecting the cement, all vertebrae were compressed to determine their initial strength and stiffness. They were then recompressed to determine their augmented strength and stiffness. Although the augmented strength was greater than the initial strength in all groups, there was no significant difference between the two bone cements for either kyphoplasty or vertebroplasty. The augmented stiffness was significantly less than the initial stiffness in the kyphoplasty groups, but the difference between the two cements did not reach significance. In the vertebroplasty groups, the augmented stiffness was not significantly different from the initial stiffness. There was no significant difference between the two bone cements for either procedure when cement volume and restoration of anterior height were assessed. We concluded that kyphoplasty and vertebroplasty with CPC were viable treatment alternatives to PMMA for osteoporotic vertebral compression fractures. Received: July 18, 2002 / Accepted: November 6, 2002 Offprint requests to: S. Tomita     

椎体成形术后心肺功能变化的实验研究

目的：通过向犬椎体灌注自固化磷酸钙骨水泥（autosetting calcium phosphate cement，ACPC）或聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥（polymethylmethacrylate．PMMA）观察椎体成形术后犬血液动力学和血气变化以及肺栓塞情况。方法：选用15只成年健康犬，分成3组，插管全麻，经侧前方腹膜后入路暴露L2椎体，经椎体侧方钻孔。一组不灌注骨水泥．其余两组分别将1mlACPC或PMMA注入椎体，记录术前和术后0．5、15、30、60和120min时各组犬的心率、股动脉血压和血气分析值：然后处死犬，取肺组织标本进行光镜和电镜检查观察肺栓塞情况。结果：单纯钻孔和灌注ACPC对犬的心率和血压没有明显的影响，灌注PMMA没有明显改变犬的基础心率，但引起了显著性的低血压反应。3组椎体成形术后血气分析值与术前比较皆无明显变化。肺组织光镜和电镜检查证实灌注ACPC和PMMA都可见到小血管内有脂肪小球，但未发现肺组织有明显病理变化。结论：选择ACPC作为椎体成形术的灌注材料可以避免应用PMMA的低血压反应，但仍有脂肪栓塞的危险。     

Preparation and characterization of a novel injectable strontium-containing calcium phosphate cement with collagen

Purpose: To develop a novel injectable strontium-containing calcium phosphate cement with collagen.Methods: A novel calcium phosphate bone cement (CPC) was prepared with the addition of strontium element, collagenⅠ, and modified starch; the injectability, solidification time, microstructure, phase composition, compressive strength, anti-collapsibility and histological properties of material were evaluated.Results: The results showed that the material could be injected with an excellent performance; the modified starch significantly improved the anti-washout property of cement; with the liquid to solid ratio of 0.3, the largest compressive strength of cement was obtained (48.0 MPa ± 2.3 MPa); histological examination of repair tissue showed that the bone was repaired after 16 weeks; the degradation ofcement was consistent with the new bone growth.Conclusion: A novel injectable collagen-strontium-containing CPC with excellent compressive strength and suitable setting time was prepared, with addition of modified starch. The CPC showed a good antiwashout property and the degradation time of the cement met with the new bone growing. This material is supposed to be used in orthopedic and maxillofacial surgery for bone defects.     

椎体成形术中心肺功能变化的实验研究

目的:观察椎体成形术中的血液动力学和血气变化及是否发生肺脂肪栓塞。方法:将聚甲基丙烯酸甲酯注入到犬的L2椎体,记录术前、术后颈动脉血压和血气分析值,并将肺组织作病理检查。结果:平均2.6ml的骨水泥注入到椎体后(5±2)s导致颈动脉压下降,持续(150±35)s,并可导致血二氧化碳分压增高和pH值减小,氧分压减低,肺脏病理检查可见到小血管内有脂肪滴。结论:椎体成形术中注射骨水泥可能引起血压下降和肺脂肪栓塞,是椎体成形术的潜在并发症。