经口咽前路寰枢椎复位钢板螺钉固定强度的生物力学评价

目的对经口咽前路寰枢椎复位内固定钢板(transoralpharyngeal atlantoaxial reduction plate,TARP)进行固定螺钉拔出力实验,评估TARP系统枢椎前路椎弓根和关节突下螺钉固定的生物力学强度。方法 6例C1、C2椎体新鲜标本左右双侧均行螺钉固定,寰椎螺钉固定于侧块,枢椎螺钉分别采用椎体、前路椎弓根及关节突下固定,在生物力学实验机上通过传感器测定TARP系统寰椎和枢椎固定螺钉的最大拔出力、钉道长度,并进行统计学分析。结果寰椎(546.45±85.07)N与枢椎前路椎弓根螺钉(593.14±97.77)N的最大拔出力之间无显著性差异,枢椎前路椎弓根螺钉拔出力明显强于枢椎椎体和关节突下螺钉,枢椎关节突下螺钉(469.94±73.32)N拔出力明显强于枢椎椎体螺钉(395.15±75.07)N。结论 TARP系统枢椎螺钉固定采用前路椎弓根及关节突下固定优于枢椎椎体固定,固定安全可靠。     

第Ⅲ代经口寰枢椎复位钢板系统三维稳定性评价

目的　对比经口寰枢椎复位钢板固定系统(TARP)与后路椎弓根钉棒固定系统的三维生物力学稳定性,为临床应用提供实验依据。 方法 6具新鲜上颈椎尸体标本（C0~3）,随机分为正常组、　TARP组、后路钉棒组。每组标本均利用美国魔神运动分析技术公司步态分析系统（Motion Analysis, co. 6Eagle系统）测量屈伸、侧屈、旋转各个方向的运动范围（ROM）,并进行统计学分析。 结果　前路TARP钢板组与后路椎弓根钉棒组在屈伸、侧屈、旋转各个方向上与完整标本差异显著。前路TARP钢板组与后路椎弓根钉棒组在屈伸、侧屈、旋转各个方向均无显著差异。 结论　前路TARP固定系统具有与后路椎弓根钉棒固定系统相当的三维稳定性,具有良好的生物力学性能,前路TARP系统可作为寰枢椎可靠内固定的选择方法之一。     

经口咽枢椎椎弓根逆向精确置钉的个性化组合式导航模板的研究

目的　利用CT三维重建、计算机辅助设计与快速成型技术为经口咽枢椎椎弓根逆向置钉设计制作一种新型的组合式个性化精确定位置钉的导航模板。 方法　取4具成人颈椎标本进行CT扫描,在Mimics14.11中重建寰枢椎三维模型,将该模型结合经口咽寰枢椎复位钢板（transoral atlantoaxial reduction plate, TARP）导入Solidworks 2014软件,设计经口咽枢椎椎弓根组合式个性化导航模板。采用快速成型技术制备组合式个性化导航模板,经该导航模板辅助在枢椎标本上置入椎弓根钉,根据术后CT数据评价椎弓根钉道位置。 结果　使用4个导向模板辅助置入8个枢椎椎弓根钉道,术后CT扫描计算水平面绝对偏差值为（0.85±0.70）mm,矢状面为（0.88±0.53）mm,水平面和矢状面的偏差值均无统计学差异（P>0.05）。在椎弓根螺钉钉道评价分析中,I型螺钉为7枚（87.5%）,II型螺钉1枚（12.5%）,所有螺钉处于可接受位置。 结论　本研究提出了一种新型组合式个性化导航模板用于辅助经口咽枢椎椎弓根螺钉准确置入,其操作简单,准确性高,为经口咽枢椎椎弓根精准置钉提供了一种全新、安全的方法。     

上颈椎前路固定螺钉拔出力的生物力学研究

目的：对上颈椎前路固定螺钉进行拔出力的实验研究，用以评价经口咽前路寰枢椎复位钢板(transoralpharyngeal atlantoaxial reduction plate，TARP)螺钉固定的生物力学性能。方法：6例寰、枢椎和C3椎体新鲜标本，左右双侧共12例，在生物力学实验机上通过传感器测定TARP寰椎和枢椎固定螺钉的最大拔出力，并将结果同对照组的C3椎体进行比较。寰椎螺钉固定于侧块，枢椎和C3椎体螺钉固定于椎体。结果：寰椎与枢椎、寰椎与C3椎体的固定螺钉的最大拔出力之间均有显著性差异(分别为P=0．005和P=0.002)，枢椎和C3椎体最大拔出力之间无显著性差异(P=0．723)。统计检验水准均为α=0．05。结论：寰枢椎的螺钉固定是比较安全的，因而TARP也是可行的，钉道长度(即进钉深度)是影响拔出力的重要因素。     

寰枢椎后路钉棒系统交叉棒固定及平行棒固定的生物力学稳定性

背景:前期研究证明交叉棒在由C₁椎弓根螺钉与C₂一侧椎弓根螺钉/另一侧椎板螺钉组成的寰枢椎后路钉棒系统中能增加其旋转稳定性。因此推测,寰枢椎后路交叉棒固定可能是一种简单有效的新型内固定结构框架,无论是在与C₂双侧椎板螺钉还是双侧椎弓根螺钉组成的钉-棒系统中,交叉棒的连接方式与传统平行棒相比较,都可能进一步增强其结构的生物力学稳定性。目的:评价C₁双侧椎弓根螺钉分别和C₂双侧椎弓根螺钉、C₂双侧椎板螺钉组成钉-棒系统的生物力学稳定性。方法:6例新鲜寰枢椎脱位标本,完成完整状态和失稳状态的测量后,每一例标本均置入C₁双侧椎弓根螺钉、C₂双侧椎板螺钉、C₂双侧椎弓根螺钉,按顺序分别测量C₂双侧椎板螺钉平行棒固定、C₂双侧椎板螺钉交叉棒固定、C₂双侧椎弓根螺钉平行棒固定和C₂双侧椎弓根螺钉交叉棒固定的后伸前屈、左...     

重度骨质疏松条件下后路枢椎三种内固定方式的有限元分析

目的　通过有限元分析重度骨质疏松（Severe osteoporosis,SOP）条件下后路枢椎不同植钉方式在上颈椎中的生物力学特性。 方法　对1例健康成年男性进行上颈椎CT扫描,获得图像。结合有限元前处理软件,设置材料属性模拟出SOP的寰枢椎（C1~C2）失稳模型,依据手术方案建立后路寰椎双侧椎弓根螺钉（B-C1PS）+枢椎3种不同植钉方式固定：枢椎双侧椎弓根螺钉（B-C2PS,模型A）;枢椎双侧椎板螺钉(B-C2TL,模型B);B-C2PS联合B-C2TL（模型C）。分析3种模型屈伸、侧弯和轴向旋转工况下的C1~C2关节活动度、C1位移以及C2螺钉应力分布情况。 结果 在SOP的C1~C2失稳有限元模型上,模型C在不同工况下C1~C2关节活动度和C1位移最小。C2联合固定时螺钉受到的最大应力较单一固定小：模型C枢椎椎板钉在各个工况下最大应力值小于模型B,模型C枢椎椎弓根螺钉在各个工况下最大应力值小于模型A。模型C应力主要集中于C2PS根部及寰枢椎椎弓根螺钉与钉棒连接处。 结论 在SOP条件下采取模型C内固定方式较模型A、B稳定性更好。枢椎螺钉受到的应力产生分散,枢椎螺钉更加不容易产生术后疲劳性松动脱出。     

寰枢椎后路二种内固定技术的三维稳定性评价

目的:对比寰枢椎椎弓根螺钉固定系统与枢椎椎弓根螺钉联合寰椎椎板钩固定系统的生物力学稳定性,为临床应用提供实验依据。方法:新鲜颈椎标本6例,损伤齿突基底部,建立寰枢椎失稳模型,在脊柱三维运动实验机上先测量失稳寰枢椎的三维运动范围,再在失稳模型上对每具标本进行两种内固定:C1椎弓根螺钉 C2椎弓根螺钉的钉棒内固定系统,C1椎板钩 C2椎弓根螺钉的钉棒钩内固定系统,测量二种不同固定方法的寰枢椎三维运动范围,比较两种状态下的寰枢椎稳定状况。结果:C1椎弓根螺钉 C2椎弓根螺钉的钉棒内固定与C1椎板钩 C2椎弓根螺钉的前屈、后伸、左右侧屈无显著性差异,左右旋转C1椎弓根螺钉组优于C1椎板钩组。结论:两种寰枢固定方法:C1椎弓根螺钉 C2椎弓根螺钉固定系统在抗左右旋转方面较C1椎板钩 C2椎弓根螺钉固定系统的稳定性优越,临床上应优先选择C1、C2椎弓根螺钉固定方法,当C1椎弓根过于细小时可选用C1椎板钩 C2椎弓根螺钉的固定技术。     

两种腰椎椎弓根螺钉固定技术的生物力学对比研究

目的：比较两种腰椎椎弓根螺钉置钉技术的生物力学差异。方法：12具经防腐固定的L1-5节段成年脊柱标本，分为人字嵴顶点法、Magerl法两个螺钉固定组。采用858型MTS材料实验机进行轴向拔出力测试，记录最大拔出力，并对两组进行比较；试验完成后，将标本沿椎弓根截面锯开，观测两种方法的进钉外倾角度．结果：人字嵴顶点法进钉外倾角度小于Magerl法（P〈0．05）；人字嵴顶点法和Magerl法的最大钉拔出力无明显差异（P〈0．05）。结论：采用人字嵴顶点进钉法操作方便且显露范围小，而且能够获得相同的生物力学稳定，值得临床推广应用。     

生物力学评价颈椎前路椎弓根螺钉植入骨质疏松椎骨内的稳定性

背景：前路颈椎间盘切除植骨融合是治疗颈椎病的有效术式,该术式能够提供坚强固定且植骨融合率相对较高。但是,对于2个节段以上同时受累的颈椎,由于植骨跨度较大,内固定和植骨块稳定性较差,容易产生植骨融合失败、假关节形成等并发症,影响疗效。 目的：观察颈椎前路椎弓根螺钉植入骨质疏松椎骨内的生物力学稳定性。 方法：纳入12具人颈椎骨,包括6具骨密度正常颈椎骨和6具骨质疏松颈椎骨,共60个椎骨标本资料进行分析,将30个骨质疏松椎骨标本植入颈椎前路椎弓根螺钉设为颈椎前路椎弓根螺钉组,将30个骨密度正常椎骨标本植入前路椎体螺钉设为前路椎体螺钉组。从上述两组中根据骨密度值抽取40个椎骨,分别设置为即时正常骨密度组、即时骨密度疏松组、疲劳正常骨密度组以及疲劳骨质疏松组,每组10个椎骨。采用双能X射线骨密度仪测定各椎体骨密度值,采用ElectroForce 3510材料试验机对两种螺钉进行生物力学指标测试。 结果与结论：颈椎前路椎弓根螺钉组骨矿盐含量、椎体螺钉拔出力、椎体螺钉拔出刚度、椎弓根螺钉拔出力、椎弓根螺钉拔出刚度均显著高于前路椎体螺钉组(P < 0.05)。颈椎前路椎弓根螺钉即时正常骨密度标本最大轴向拔出力、即时骨质疏松标本最大轴向拔出力、疲劳正常骨密度标本最大轴向拔出力、疲劳骨质疏松标本最大轴向拔出力均显著高于高于前路椎体螺钉(P < 0.05)。结果证实,与颈椎前路椎体螺钉相比,颈椎前路椎弓根螺钉在骨质疏松椎骨内生物力学性能更加稳定。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     

两种内固定物置入增强前路椎间融合后腰椎即刻稳定性的差异

背景:腰椎前路自锁定椎间融合器SynFix-LR与前路钢板和后路椎弓根螺钉比较,其操作更简单、创伤更少,而且其前方0切迹设计降低了血管损伤的风险。如果前路椎间融合后以SynFix-LR固定与后路椎弓根螺钉固定在生物力学上相似,那么在避免后路手术入路的情况下就可以达到同样的脊柱稳定的效果。目的:比较前路椎间融合后以前路自锁定椎间融合器固定和后路椎弓根螺钉固定后腰椎即刻稳定性的差异。方法:选用15具新鲜小牛腰椎标本,模拟临床建立前路椎间融合后SynFix-LR固定模型和后路椎弓根螺钉内固定模型,在脊柱三维运动测试机上测试两种内固定模型生物力学特性上差异。结果与结论:行单纯前路椎间融合后,腰椎的稳定性比完整标本有明显的下降。以SynFix-LR固定和后路椎弓根螺钉固定都能有效地增加腰椎前路椎间融合的初始稳定性,而且两种固定增加脊柱稳定性的效果之间在统计学上没有显著性区别,因此认为SynFix-LR是较理想的前路椎间融合固定器械,可以在一定范围内用于临床。     

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     

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     

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.       

钉道局部点状固化技术强化椎弓根螺钉固定的生物力学研究

目的探讨钉道局部点状固化技术在体外强化椎弓根螺钉固定的效果。方法选用30个新鲜成年山羊腰椎。每一个椎体一侧椎弓根常规置钉(空白组);另一侧对钉道局部进行点状固化处理后拧入螺钉(实验组)。24h后,随机选取10个椎体行轴向拔出实验,其余20个椎体行周期抗屈实验。结果螺钉最大轴向拔出力(Fmax):空白组(637.60±109.95)N,实验组(816.50±134.88)N;螺钉拔出的能量吸收值:空白组(1.268±0.252)J,实验组(1.631±0.269)J,两组间差异均有统计学意义(P<0.05)。周期抗屈试验中,实验组的螺钉能够耐受更大的负荷或者在同等负荷下所产生的位移较小。结论钉道局部点状固化技术可以显著增加椎弓根螺钉固定的稳定性,为临床解决螺钉松动问题提供了新的研究方向,具有较好的临床应用前景。     

膨胀式椎弓根螺钉脊柱后路内固定的生物力学测试

目的　测试并比较自行设计的膨胀式椎弓根螺钉 (expansivepediclescrew ,EPS)与USS ,Tenor ,CDH椎弓根螺钉的最大轴向拔出力 ,评价EPS螺钉的椎弓根固定作用。方法　将 6 0个新鲜小牛腰椎随机分成 3组 ,每组 2 0个椎体(4 0侧椎弓根 ) ,每组均随机在一侧拧入EPS螺钉 ,对侧则分别拧入USS ,Tenor ,CDH螺钉 ,进行螺钉拔出实验 ,测试并记录最大轴向拔出力。结果　EPS ,USS ,Tenor ,CDH螺钉的最大轴向拔出力分别为 2 6 5 8 4N± 816 7N ,192 9 9N±4 84 9N ,184 9 8N± 5 75 9N ,1980 9N± 836 4N。EPS螺钉和其它三种螺钉的最大轴向拔出力相比均有非常显著差异 (P <0 0 1)。结论　EPS螺钉较目前使用的USS ,Tenor ,CDH非膨胀椎弓根螺钉有更好的固定作用。     

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5~7 mL;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。     

Cage椎弓根内固定联合自体颗粒骨打压植骨的即时生物力学稳定性

背景：自体骨移植结合椎间融合器联合椎弓根螺钉常运用于椎体融合,但单纯颗粒骨打压联合椎弓根钉的临床生物力学研究报道不多。 目的：比较后路自体颗粒骨打压植骨内固定及Cage内固定的即时生物力学稳定性。 方法：利用腰椎后路附件逐级破坏和椎间盘切除制作腰椎不稳模型。12具猪腰椎标本随机分为两组：打压植骨结合椎弓根螺钉内固定组(实验组),Cage结合椎弓根螺钉内固定组(对照组)。使用脊柱三维运动测试机模拟人体对两组标本在正常、不稳、融合3个状态下进行前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转等各个活动的生物力学测试,三维激光扫描仪测定不同载荷下不稳节段的运动范围。 结果与结论：正常状态下,两组间L2~3节段各方向运动范围差异无显著性意义(P > 0.05),说明两组标本均衡性好,具有可比性;与正常状态相比,两组不稳状态各方向运动范围亦明显增加(P < 0.05);融合后对照组L2~3节段椎间各方向运动范围均较实验组小,但差异无显著性意义(P > 0.05)。说明自体颗粒骨打压植骨内固定与Cage内固定均能明显提高脊柱的即时生物力学稳定性,而且两组对于改善脊柱稳定性无显著性差异。     

经伤椎椎弓根螺钉置入内固定修复胸腰椎骨折：远期效果及生物力学分析

BACKGROUND: Pedicle screw fixation is a common repair method for thoracolumbar fractures. Of them, pedicle screw placement into the injured vertebra is an important method. However, the long-term effects and the related biomechanical properties deserve further analysis. OBJECTIVE: To analyze the long-term effect and biomechanical characteristics of the internal fixation of thoracolumbar fractures by pedicle screw implantation.  METHODS: A retrospective analysis was performed in 126 cases of thoracolumbar fractures. The patients were treated with pedicle screw implantation and the treatment was followed up regularly. Ten specimens of fresh calf chest and lumbar spines were obtained. Five specimens served as an experimental group to prepare models of anterior middle column fractures, and these specimens received pedicle screw fixation into the injured vertebra. The other five specimens served as the control group, and did not receive any treatment. In the two groups, along the sagittal axis, axial compression displacement, anterior flexion displacement, posterior extension displacement, torsion angle and pull-out strength were measured and recorded.  RESULTS AND CONCLUSION: (1) Clinical trial results: 126 patients were followed up for 10-36 months. Compared with pre-treatment, compression ratio of the injured vertebra, the height of intervertebral space, vertebral slip distance, visual analogue score and Cobb angle were significantly improved at 1 month after treatment and during final follow-up (all P < 0.05). No significant difference in above indexed was detected between 1 month and final follow-up (all P > 0.05). At the end of follow-up, Frankel spinal cord injury grade was significantly improved (Z=-4.127, P < 0.05). After operation, three patients suffered from pulmonary infection, four patients affected urinary tract infection, and one patient experienced delayed wound healing. (2) Biomechanical results: axial compression displacement, anterior flexion displacement, posterior extension displacement, torsion angle and pull-out strength were smaller in the experimental group than in the control group (all P > 0.05). (3) Above findings showed that pedicle screw fixation into the injured vertebra for thoracolumbar fractures obtained good long-term effects, and had good biomechanical properties.