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     

骨粘合剂强化椎弓根螺钉的有关生物力学问题

经椎弓根螺钉固定技术被认为是最有效的胸腰椎和腰骶椎后路固定方法。但随着它的广泛应用,与之有关的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,尤其在骨质疏松病人中发生率更高。随着人口老龄化,这类问题将会更加突出。如何提高螺钉在椎体和椎弓根内的牢固性？许多学者向孔道中注入骨粘合剂强化和修复椎弓根螺钉并进行了一系列生物力学研究,认为骨粘合剂强化了固定界面,从而减少固定界面的破坏,早期内固定得以实现,有利于早期功能锻炼和骨折愈合,是一种有效的方法[１ ４ ８～１２ １４]。现结合国内外在这方面…     

硫酸钙骨水泥增强椎弓根螺钉置入骨质疏松椎体的瞬时稳定性

背景：由于内固定在骨质疏松骨上锚着力较差影响了其稳定性,因此需要新的固定方法,使用骨水泥或骨替代物增强内固定技术可以较好地解决这个问题。 目的：评价硫酸钙骨水泥增强的椎弓根螺钉置入骨质疏松椎体后的瞬时稳定性。 方法：选取新鲜小牛脊柱椎体,测量骨密度后,随机分为4组：①正常椎体椎弓根螺钉内固定组。②正常椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组。③骨质疏松椎体椎弓根螺钉内固定组。④骨质疏松椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组。将相同规格的椎弓根螺钉拧入测试椎体的椎弓根,测试其即刻最大轴向拔出力和最大破坏功耗,以评价硫酸钙骨水泥增强椎弓根螺钉的瞬时稳定性。 结果与结论：骨质疏松椎体较正常椎体的螺钉最大拔出力、最大破坏功耗明显减少(P < 0.05),而二者分别以骨水泥增强后的螺钉最大拔出力、最大破坏功耗明显增加(P < 0.05);正常组和骨质疏松组以骨水泥增强后螺钉的最大拔出力、最大破坏功耗相当。提示硫酸钙骨水泥增强后可以增加内固定螺钉的瞬时稳定性,硫酸钙骨水泥可以应用于骨质疏松患者骨折内固定的增强,具有较好的临床应用前景。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：     

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     

磷酸钙骨水泥强化椎弓根螺钉固定的周期抗屈试验研究

目的 本实验旨在从周期抗屈试验方面证实磷酸钙骨水泥对椎弓根螺钉固定的强化作用.方法 在一组Ⅰ级和Ⅱ级骨质疏松椎骨的一侧直接置入椎弓根螺钉作为对照,另一侧填入磷酸钙骨水泥后再置入椎弓根螺钉作强化固定,12h后进行周期抗屈试验.然后用磷酸钙骨水泥固定松动后的椎弓根螺钉并进行周期抗屈试验.在另一组Ⅲ级和Ⅳ级骨质疏松椎骨上重复以上试验步骤.结果 第一组椎骨对照侧的螺钉松动率为91.3%,强化侧为33.3%,两侧螺钉均松动椎骨的最大负荷中位数分别为75N和162.5N,两侧均未松动的9号椎体中,对照侧的螺钉位移1.942mm,强化侧仅为0.403mm,差别均有显著性意义.螺钉松动后重新固定,两侧的松动率均为41.7%,两侧螺钉均松动椎骨的最大负荷中位数分别为150N和175N,两侧均未松动的9号椎体中,螺钉位移均为0.411mm,与对照侧初始固定相比,均有显著性意义.第二组椎骨对照侧和强化侧的松动率均为100%.结论 磷酸钙骨水泥能强化椎弓根螺钉在Ⅰ级和Ⅱ级骨质疏松椎骨上的周期抗屈能力,但在Ⅲ级和Ⅳ级骨质疏松椎骨上无效果.     

椎弓根螺钉应用于骨质疏松椎体的生物力学研究

本文采用7具老年腰椎标本,共35个椎体,DEXA测试其BMD,随机分为5组,应用生物力学测试方法,研究下列补救措施对螺钉牢固性的影响:①按放横向连接装置;②钉道内填充骨水泥;③钉道内填充骨屑;④更换直径较大的螺钉;⑤单纯安置Dick螺钉。所有标本平均BMD为0.695±0.14g/cm_2。⑤组单纯安置Dick钉的最大拔出力232±92.4N,①～④组最大拔出力与⑤组比较,分别增加了93％（P<0.01）、94％（P<0.01）、139％（P<0.01）、33％（P>0.05）。研究表明,横向装置、骨水泥、骨屑可提高螺钉的牢固性,直径较大的螺钉并不能提高其在骨质疏松椎体内的稳定性,重度骨质疏松可能是手术禁忌症。     

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.     

骨水泥强化空心侧孔螺钉固定技术的研究进展

目前,椎弓根螺钉固定技术由于其三柱稳定固定而广泛应用于临床,但患者一旦合并骨质疏松,其内固定失败风险将会大大增加。针对骨质疏松椎体,骨水泥强化空心侧孔螺钉固定技术不仅操作简单,安全性高,而且能够为骨质疏松性椎体提供稳定持久固定,但同时其也存在设计不合理,骨水泥弥散不均,翻修困难,远期疗效不明确等缺点。本文就骨水泥强化空心侧孔螺钉固定技术的强化原理、力学特性和临床应用、骨水泥渗漏及优缺点研究现状作一综述。     

Biomechanical study of expandable pedicle screw fixation in severe osteoporotic bone comparing with conventional and cement-augmented pedicle screws

Pedicle screws are widely utilized to treat the unstable thoracolumbar spine. The superior biomechanical strength of pedicle screws could increase fusion rates and provide accurate corrections of complex deformities. However, osteoporosis and revision cases of pedicle screw substantially reduce screw holding strength and cause loosening. Pedicle screw fixation becomes a challenge for spine surgeons in those scenarios. The purpose of this study was to determine if an expandable pedicle screw design could be used to improve biomechanical fixation in osteoporotic bone. Axial mechanical pull-out test was performed on the expandable, conventional and augmented pedicle screws placed in a commercial synthetic bone block which mimicked a human bone with severe osteoporosis. Results revealed that the pull-out strength and failure energy of expandable pedicle screws were similar with conventional pedicle screws augmented with bone cement by 2 ml. The pull-out strength was 5-fold greater than conventional pedicle screws and the failure energy was about 2-fold greater. Besides, the pull-out strength of expandable screw was reinforced by the expandable mechanism without cement augmentation, indicated that the risks of cement leakage from vertebral body would potentially be avoided. Comparing with the biomechanical performances of conventional screw with or without cement augmentation, the expandable screws are recommended to be applied for the osteoporotic vertebrae.     

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。     

新型椎弓根螺钉不同螺纹结构的生物力学研究

[摘要]目的 将现有标准椎弓根螺钉与三种新设计的椎弓根螺钉（螺纹牙形角和螺纹内径锥度各有不同）在聚氨酯材料中旋入扭矩和拔出强度进行对比测试,研究新椎弓根螺钉的生物力学性能,探索椎弓根螺钉固定中螺钉设计要素的生物力学特性。方法 通过旋入扭转实验机将标准椎弓根螺钉和三种新设计的椎弓根螺钉在40级聚氨酯材料进行旋入扭矩实验。同时在万能实验机上完成标准椎弓根螺钉和三种新设计的椎弓根螺钉在20级聚氨酯材料进行拔出性能实验。旋入扭距实验和拔出性能试验均根据中国医药行业标准YY/T0119.2—2014及美国材料和试验协会（ASTM）标准ASTM F543进行测试。聚氨酯材料采用符合美国材料和试验协会（ASTM）标准化材料作为实验块。结果 三种新设计的椎弓根螺钉无论在旋入扭矩还是拔出性能上均明显高于标准椎弓根螺钉,同时旋入扭矩的提高比拔出性能的提升更加明显。另外在旋入扭矩和拔出性能上三种新设计的椎弓根螺钉之间有一些差异但是不明显,特别是在抗拔性能上。结论 与标准椎弓根螺钉相比,新设计的椎弓根螺钉具有更强的生物力学固定性,但新型椎弓根螺钉之间的差异不明显。     

骨水泥强化椎弓根螺钉固定治疗老年退行性腰椎疾病的疗效观察

目的评价骨水泥强化椎弓根螺钉固定治疗老年退行性腰椎疾病的近期临床疗效。方法回顾性分析2011年6月~2013年5月采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥强化椎弓根螺钉固定结合后路椎体间植入聚醚醚酮(PEEK)材质椎间融合器治疗老年退行性腰椎疾病30例。所有患者术前骨密度检测均符合骨质疏松诊断(超声骨密度值测定-2.5)。结果 30例患者均顺利完成手术,术中无神经及硬膜损伤,骨水泥无严重渗漏,术后复查X线、CT显示骨水泥分布均匀。随访10~21个月,平均(16±2.11)个月,神经受压症状均得到改善。VAS评分术前(7.01±1.44)、术后6个月随访为(3.00±0.57)、末次随访为(2.23±1.19);JOA评分术前为(9.98±5.64)、术后6个月随访为(17.99±1.41)、末次随访为(18.42±1.47);ODI评分术前为(0.64±0.24)、术后6个月为(0.27±0.07)、末次随访为(0.22±0.09)。三项评分术后6个月、末次随访分别与术前对比差异有统计学意义;术后6个月和末次随访对比差异无统计学意义。末次随访时复查X线或CT显示椎弓根螺钉无松动,椎间融合器无下沉,椎间融合满意,融合率为86.7%。结论使用骨水泥强化椎弓根螺钉能够提高螺钉对伴有骨质疏松的椎体的握持力,防止椎弓根螺钉松动,保证较高的椎间融合率,是治疗老年退行性腰椎疾病一种安全而有效的手术方式。     

变牙厚椎弓根螺钉的生物力学测试

目的　评价不同变牙厚椎弓根螺钉（transitional thread pedicle screw, TTPS）对螺钉拔出力的影响。 方法 取新鲜小牛胸腰椎标本（T11~L4）5具,共30个椎体(60侧椎弓根),剔除周围肌肉、筋膜,注意保持骨结构完整,解离成单个椎骨。平均骨密度为（1.186±0.182）g/cm2。TTPS规格有6种：A0（牙厚保持不变）、A1（逐牙加厚0.01mm）、A2（逐牙加厚0.02 mm）、A3（逐牙加厚0.03 mm）、A4（逐牙加厚0.04 　mm）、A5（逐牙加厚0.05 mm）。每种螺钉随机置入10侧椎弓根,将标本包埋好并用夹具固定在材料试验机上,设置椎弓根螺钉长轴与拔出力轴线方向重合。设置材料试验机加载速率为0.08 mm/s进行拔出实验,结果输出拔出力-位移曲线、最大轴向拔出力（Fmax）。计算拔出刚度。 结果　A0至A5 6种螺钉的最大轴向拔出力分别为（983.99±324.19）、（1119.84±362.47）、（1067.67±398.00）、（900.04±255.89）、（799.07±406.79）、（850.71±408.11）N。6种不同规格TTPS轴向拔出力间无显著差异（组间差异P=0.216）。6种不同规格的TTPS的拔出刚度间无显著差异（组间差异P=0.07）。 结论　小范围增加螺纹牙厚,对椎弓根螺钉抗拔出力没有显著影响。     

经椎弓根注入万古霉素骨水泥强化椎弓根螺钉固定椎间隙融合治疗老年人腰椎管狭窄症

目的 评价万古霉素骨水泥强化椎弓根螺钉内固定椎间隙融合治疗老年腰椎管狭窄症的临床疗效。方法 对2013年1月—2016年10月解放军第82医院收治的30例伴有不同程度骨质疏松的老年腰椎管狭窄症患者的资料进行回顾性分析。其中男12例,女18例;年龄60~85岁,平均69.8岁。全部采用经椎弓根注入万古霉素骨水泥强化椎弓根螺钉固定椎间隙融合治疗技术。采用疼痛数字评分法(NRS)、JOA下腰痛评分及ODI评价临床疗效。结果 30例患者术后4～6个月均达到植骨融合,无一例感染发生,未发生椎弓根螺钉松动、断裂。术后随访6~12个月,平均8.2个月,患者术后2周、术后3个月、术后6个月及术后1年的NRS、JOA、ODI评分较术前均有明显改善,差异均有统计学意义(P值均<0.05)。结论 应用万古霉素骨水泥强化椎弓根螺钉技术治疗伴有骨质疏松的老年腰椎管狭窄症患者,其椎弓根螺钉固定更加牢固,松钉的风险降低,术后椎间融合率高,能预防深部感染,且不需要二次手术取出内固定,临床疗效满意。     

经伤椎植骨短节段固定非融合治疗胸腰椎爆裂骨折疗效分析

目的　评价胸腰爆裂骨折短节段固定附加伤椎置钉内固定并椎体内植骨不融合临床疗效。 方法　2011年1月-2013年8月选择51例胸腰椎爆裂骨折患者给予附加伤椎固定的三椎体固定,并经伤椎椎体内植骨,不融合进行临床研究。 结果　51例随诊3~26个月,平均18个月,椎体高度和后凸角无明显丟失,无内固定松动、断裂。术后CT片显示椎管狭窄得到明显改善。脊髓损伤恢复程度,按Frankel分级标准评定,平均改善2~3级。 结论　胸腰椎爆裂骨折行伤椎固定使术后脊柱稳定性増加,有利于矫正后凸畸形,保留了胸腰椎运动节段,可有效防止创伤后椎间盘退变的发生,有利于脊髄功能恢复。