髂骨螺钉松动四种翻修技术的生物力学比较

目的:比较松质骨填塞钉道、增加螺钉长度、传统聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)强化钉道和外板开窗PMMA强化钉道四种方法翻修松动髂骨螺钉后的固定强度,探讨髂骨螺钉松动的理想补救手段。方法:8具成人防腐尸体骨盆标本,经双能X光吸收法测定骨密度后,将直径7.5mm髂骨短钉(长度为70mm)分别置入左右髂骨(A组),通过MTS材料实验机向螺钉尾部施加100～300N垂直循环载荷2000次后,测试髂骨螺钉的轴向拔出力。用松质骨紧密填塞两侧钉道后,在左侧钉道内置入短钉(B组),右侧钉道置入长度为100mm的髂骨长钉(C组),重复上述测试。将左侧钉道内注满PMMA后,再次置入髂骨短钉(D组);将另1枚髂骨短钉置入右侧钉道,以螺钉中点为中心沿螺钉轴线的髂骨外板处开窗,高度20mm、长度40mm、深度至内板皮质,灌注PMMA(E组);D组和E组重复上述测试。记录各组髂骨螺钉的轴向最大拔出力并进行比较。结果:8具标本的骨密度为0.75～0.91g/cm2,平均为0.85±0.05g/cm2。A～E组的最大拔出力分别为1174±542N、261±89N、769±317N、1954±623N和1820±659N,D组与E组比较无显著性差异(P0.05),D组与E组显著高于A、B和C组(P0.05),C组显著高于B组(P0.05),B组和C组显著低于A组(P0.05)。结论:松质骨填塞钉道和增加螺钉长度不能恢复髂骨螺钉的锚定强度;外板开窗PMMA强化和传统PMMA强化后置钉可使髂骨螺钉获得更高的锚定强度;从微创角度,外板开窗PMMA强化可能成为髂骨螺钉松动的理想补救手段。     

髂骨钉置入深度对腰椎-骨盆重建结构的生物力学影响

目的 比较髂骨长钉和短钉对腰椎-骨盆重建结构的生物力学影响.方法 7具成年防腐尸体L3-骨盆标本用于实验.使用脊柱椎弓根钉后路系统对L4-S1椎间活动度进行固定,并将这一状态定义为骶髂关节完整状态.完整状态测试后,将骶骨全部切除,联合髂骨钉行L4-L5-骨盆的稳定重建.根据髂骨钉置入长度顺序分为短钉组和长钉组.其中短钉长度定义为过坐骨切迹水平2 mm,长钉长度定义为穿透髂前下棘前方皮质2 mm.在858型MTS材料实验机上,给标本施加800N轴向压缩和7 Nm轴向旋转载荷后,行髂骨钉轴向拔出实验,记录压缩和旋转刚度、最大拔出力,并加以分析.结果 髂骨短钉和长钉的置入长度分别为(70±2)mm和(138±4)mm.髂骨短钉和长钉的重建结构,在压缩实验中分别获得脊柱.骨盆间初始刚度的53.3%±13.6%和57.6%±16.2%;在旋转实验中,分别恢复脊柱-骨盆间初始刚度的55.1%±11.9%和62.5%±9.2%;长钉和短钉结构间的压缩和旋转刚度均无显著差异(P>0.05);但是,两者的轴向压缩及旋转刚度均显著低于完整状态组(P<0.05).髂骨长钉的最大拔出力显著高于髂骨短钉(P<0.05).结论 在生理载荷下,髂骨短钉的脊柱-骨盆重建结构可获得与髂骨长钉同等的力学稳定性;髂骨短钉的置入深度仅为长钉的一半,可降低置入的风险.但是,无论髂骨长钉或短钉的脊柱.骨盆重建装置均难以恢复局部的初始稳定性.     

不同椎弓根螺钉固定及骨水泥强化方法在骨质疏松骶骨上锚定强度的比较

目的:通过比较不同椎弓根螺钉固定及骨水泥强化方法在骨质疏松骶骨上的锚定强度,探讨骶骨椎弓根螺钉松动后的理想补救技术.方法:应用11具成人新鲜骶骨标本,经骨密度测试确认为骨质疏松后,在同一骶骨标本上,依次建立5种骶骨螺钉固定模型,A组,单皮质椎弓根螺钉固定(左侧):B组,双皮质椎弓根螺钉固定(右侧);C组,PMMA钉道强化后单皮质椎弓根螺钉固定(建立于A组螺钉拔出后);D组,PMMA钉道强化后侧翼钉固定(右侧);E组,后凸成形技术支持下的PMMA强化后侧翼钉固定(左侧).应用MTS材料测试机进行轴向拔出测试,记录各种骶骨螺钉固定技术的最大拔出力并进行比较.结果:11具标本的骨密度为0.55～0.79g,cm~2,平均0.71±0.08g/cm~2.A～E组最大拔出力分别为508±128N、685±126N、846±230N、543±121N和702±144N.A组与D组间无显著性差异(P>0.05),且均显著低于B、C和E组(P<0.05);B组与E组间无显著性差异(P>0.05),但两组的拔出力均显著低于C组(P<0.05).结论:在骨质疏松患者的骶骨固定中,双皮质骶骨椎弓根钉较单皮质具有更高的锚定强度.骶骨椎弓根钉一旦发生松动,PMMA钉道强化和后凸成形技术支持下的PMMA强化后的侧翼钉固定均可成为理想的补救手段.     

后凸成形骨水泥强化技术对骶骨钉固定强度的生物力学影响

目的评价后凸成形骨水泥(Polymethylmethacrylate,PMMA)强化技术对骨质疏松情况下骶骨钉固定强度的生物力学影响,为骶骨钉松动选择坚强的补救技术提供依据。方法11具新鲜骶骨标本用于实验,并采用DEXA评价标本骨密度。在同一骶骨标本上,依次建立非PMMA强化和PMMA强化骶骨钉的固定模型如下,A组:单皮质椎弓根钉;B组:双皮质椎弓根钉;C组:传统PMMA强化单皮质椎弓根钉;D组:后凸成形PMMA强化椎弓根钉;E组:后凸成形PMMA强化侧翼钉。在MTS试验机上对五种骶骨钉依次进行轴向拔出测试,记录最大拔出力并比较。结果11具标本的平均骨密度为0.71±0.08g/cm2。A组的螺钉拔出力(508N)显著低于其他4种固定组(P0.05)。B组的螺钉拔出力(685N)与E组(702N)无显著差异(P0.05),但是,两者的拔出力均显著低于C和D组(P0.05)。重要的是,D组(986N)的拔出力显著高于C组(846N)。结论在骨质疏松患者的骶骨固定中,双皮质骶骨椎弓根钉较单皮质具有显著的力学优势。骶骨椎弓根钉一旦发生松动,传统的和后凸成形PMMA强化技术均可成为补救手段,并且后凸成形PMMA强化骶骨椎弓根钉可获得最坚强的锚定。     

聚甲基丙烯酸甲酯强化对骨质疏松椎弓根螺钉固定的生物力学作用

目的探讨聚甲基丙烯酸甲酯 (polymethylmethacrylate,PMMA)骨水泥强化椎弓根螺钉的方法和评价 PMMA强化骨质疏松椎弓根螺钉后的生物力学性质。方法 6具新鲜老年女性胸腰段骨质疏松脊柱标本 (T10～ L5),使用双能 X线骨密度吸收仪测试每个椎体的骨密度,随机取 16个椎体 (32侧椎弓根 ),一侧椎弓根拧入 CCD螺钉,测量最大旋入力偶矩后拔出螺钉作为正常对照组,用 PMMA骨水泥强化椎弓根螺钉作为修复固定组,行螺钉拔出试验;另一侧经导孔直接强化椎弓根螺钉后拔出作为强化固定组,记录三组螺钉的最大轴向拔出力。结果椎体平均骨密度为 (0.445± 0.019)g/cm2;螺钉最大旋入力偶矩为（ 0.525± 0.104） Nm;正常对照组螺钉最大轴向拔出力为 (271.5± 57.3)N;修复固定组为 (765.9± 130.7)N;强化固定组为 (845.7± 105.0)N。 PMMA骨水泥强化或修复骨质疏松椎弓根螺钉后最大抗压力明显高于强化前,差异有非常显著性意义 (P< 0.01)。结论 PMMA骨水泥强化骨质疏松椎弓根螺钉能显著增加螺钉在椎体内的稳固性。     

髂骨不同置钉方式在腰-髂重建结构中稳定性的生物力学研究

目的 评价髂骨单枚短钉、单枚长钉和双枚短钉技术对腰-髂固定结构稳定性的生物力学影响.方法 7具成人新鲜尸体L_(2-)骨盆标本用于实验.于L_(3-5)间行椎弓根钉固定,并将该结构定义为本研究的完整状态.完整状念测试后,制作骶骨全切的失稳模型,并进行三种髂骨钉技术的L_(3-)髂骨间钉-棒稳定重建,A组:双侧单枚髂骨短钉;B组:双侧单枚髂骨长钉;C组:双侧双枚髂骨短钉.三种髂骨置钉技术均在同一标本上按随机顺序建立,短钉和长钉的长度分别为70 mm和130 mm.在MTS材料实验机上,给标本施加800 N压缩和7 N·m扭转载荷,记录L_(3-)髂骨间的结构刚度并比较.结果 A、B、C组的结构压缩刚度分别是完整状态的73%、76%和108%,A组与B组间差异无统计学意义(P>0.05),然而A和B组的结构压缩刚度低于完整状态和C组,差异有统计学意义(P<0.05). A、B、C组的结构扭转刚度分别占初始状态的72%、79%和109%,A、B两组间、完整状态与C组间差异均无统计学意义(P>0.05);但是,A、B组的结构扭转刚度低于完整状态和C组,差异有统计学意义(P<0.05).结论骶骨完全切除后,单枚髂骨长钉难以恢复局部的初始稳定性,双侧双枚髂骨短钉在抗压缩和扭转方面均显著高于双侧单枚髂骨钉结构,并且可获得与初始状态同等的稳定性.     

四种骶骨钉固定技术的生物力学比较

目的通过骨质疏松骶骨标本对4种骶骨椎弓根钉（双皮质、三皮质、标准骨水泥强化和终板下骨水泥强化）载荷后的下沉位移进行比较。方法取自11具新鲜骨质疏松尸体的骶骨标本用于实验。采用DEXA测定骨密度后在同一骶骨的左右侧随机置入直径7mm的双皮质和三皮质骶骨椎弓根钉。使用MTS试验机对螺钉进行30～250N压力加载2000次后取出螺钉。钉道内注入骨水泥（polymethylmethacrylate,PMMA）,将比双皮质或三皮质固定短5mm的螺钉再次置人（分别定义为标准和终板下PMMA强化）,并重复上述加载。记录加载后螺钉的下沉位移,进行比较。结果11具标本的骨密度为0．55～0．78g／cm^2,平均0．7lg／cm^2。三皮质和标准PMMA强化椎弓根钉间的下沉位移差异无统计学意义,此2种固定技术的下沉位移显著低于双皮质固定。终板下PMMA强化椎弓根钉的下沉位移显著低于其他固定技术。结论在骨质疏松状态下PMMA强化可显著提高骶骨钉一骨界面的结合强度。在上述4种骶骨固定技术中终板下PMMA强化椎弓根钉可获得最坚强的锚定。     

CPC提高椎体钉固定强度的体外实验研究

目的探讨磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)强化骨质疏松椎体钉后穿透单侧椎体皮质固定的可行性。方法选用新鲜成人尸体胸腰段骨质疏松标本24个,实验组为骨水泥(PMMA)和磷酸钙骨水泥灌注后椎体钉穿透单侧椎体皮质固定;对照组为无骨水泥强化,螺钉穿透双侧椎体皮质固定。应用螺钉拔出实验,记录螺钉最大拔出力并观察椎体破坏形态。结果三组拉出力值PMMA组(811.19±188.58N)、CPC组(541.89±101.44N)、对照组(374.21±77.66N)差异有显著性,P<0.01。分别增加122%±56%和50%±37%。对照组(8例)螺钉拔出破坏时均为螺钉抽出,在8例PMMA强化椎体中所有椎体均有不同程度骨折。而在8例CPC强化椎体中仅1例发生椎体骨折。结论应用CPC强化骨质疏松椎体钉简化手术步骤、增加手术安全性是可行的。     

骨质疏松程度对骶骨椎弓根螺钉固定的生物力学影响

目的:评价骨质疏松程度对骶骨椎弓根螺钉固定强度的影响.方法:25具骨质疏松成人新鲜尸体骶骨标本,按尸体腰椎骨密度(BMD)值分为A组(n=9,BMD 0.70～0.79g/cm2)、B组(n=8,BMD 0.60～0.69异/cm2)和C组(n=8,BMD＜0.60g,cm2).在同一标本的S1左侧置入双皮质椎弓根螺钉,右侧置入单皮质椎弓根螺钉时用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥强化.4h后使用MTS实验机对螺钉尾部进行30～250N的头尾方向循环加载2000次后,测定椎弓根螺钉的下沉位移和轴向拔出力.2000次载荷中螺钉下沉超过2mm定义为锚定失败.结果:A组和B组螺钉均未出现锚定失败;C组双皮质椎弓根螺钉锚定失败6例(75%),PMMA强化单皮质椎弓根螺钉锚定失败5例(63%).A组双皮质螺钉固定的下沉位移和轴向最大拔出力与PMMA强化螺钉固定比较无显著性差异(P＞0.05);B组.PMMA强化螺钉固定的下沉位移显著低于双皮质螺钉固定,轴向最大拔出力显著高于双皮质固定(P＜0.05).A组双皮质螺钉固定和PMMA强化螺钉固定的下沉位移均显著低于B组(P＜0.05),A组双皮质螺钉同定的轴向最大拔出力显著高于B组(P＜0.05).A组PMMA强化螺钉固定的轴向最大拔出力与B组比较无显著性差异(P＞0.05).C组内同定失败病例中,PMMA强化螺钉固定的承载次数显著高于双皮质螺钉固定(P＜0.05).结论:BMD≥0.70g/cm2时双皮质骶骨椎弓根螺钉同定和PMMA强化单皮质骶骨椎弓根螺钉固定可获得同等的锚定强度,BMD值为0.60～0.69g/cm2时PMMA强化单皮质骶骨椎弓根螺钉同定的锚定强度显著高于双皮质螺钉固定,BMD值＜0.60g/cm2时两种锚定方式均容易导致早期松动.术前行腰椎BMD检查可指导选择骶骨螺钉同定方式.     

钉-棒系统与外固定支架固定骨盆不稳定损伤模型的生物力学比较

目的 通过对钉-棒系统和骨盆髂骨翼外固定支架固定骨盆水平旋转不稳定损伤模型的生物力学进行测试,对比两者固定骨盆的力学稳定性,为临床治疗提供理论依据. 方法 取经福尔马林处理的正常成人骨盆标本7具,保留从L5至股骨近端中上20 cm的骨盆标本,保留完整的耻骨联合、双侧髋关节、双侧骶髂关节、双侧骶结节韧带、双侧骶棘韧带、双侧骶髂前韧带、双侧骶髂后韧带.将骨盆置于AGX生物力学试验机上,模拟人体正常双足站立中立位,由L5垂直向下加压至500 N,依次测量下述4种情况下的耻骨联合位移:①完整骨盆;②骨盆水平旋转不稳定Tile B1型损伤模型;③钉-棒系统固定骨盆Tile B1型损伤模型;④骨盆髂骨翼外固定支架固定骨盆Tile B1型损伤模型.结果 在500 N的压力下,4组耻骨联合位移由小到大依次为完整骨盆[(0.121 ±0.025) mm]、钉-棒系统固定模型[(0.656±0.103) mm]、髂骨翼外固定支架固定模型[(1.512±0.101) mm]、Tile B1型损伤模型[(4.512±0.391) mm],4组间两两比较差异均有统计学意义(P＜0.05).结论钉-棒系统固定骨盆水平旋转不稳定损伤模型的生物力学稳定性明显优于骨盆髂骨翼外固定支架,能有效恢复骨盆环的力学稳定性.     

Augmentation of anterior vertebral body screw fixation by an injectable, biodegradable calcium phosphate bone substitute.

STUDY DESIGN: A biomechanical study to evaluate the effects of a biodegradable calcium phosphate (Ca-P) bone substitute on the fixation strength and bending rigidity of vertebral body screws. OBJECTIVES: To determine if an injectable, biodegradable Ca-P bone substitute provides significant augmentation of anterior vertebral screw fixation in the osteoporotic spine. SUMMARY OF BACKGROUND DATA: Polymethylmethacrylate (PMMA) augmented screws have been used clinically; however, there is concern about thermal damage to the neural elements during polymerization of the PMMA as well as its negative effects on bone remodeling. Injectable, biodegradable Ca-P bone substitutes have shown enhanced fixation of pedicle screws. METHODS: Sixteen fresh cadaveric thoracolumbar vertebrae were randomly divided into two groups: control (no augmentation) (n = 8) and Ca-P bone substitute augmentation (n = 8) groups. Bone-screw fixation rigidity in bending was determined initially and after 10(5) cycles, followed by pullout testing of the screw to failure to determine pullout strength and stiffness. RESULTS: The bone-screw bending rigidity for the Ca-P bone substitute group was significantly greater than the control group, initially (58%) and after cyclic loading (125%). The pullout strength for Ca-P bone substitute group (1848 +/- 166 N) was significantly greater than the control group (665 +/- 92 N) (P < 0.01). Stiffness in pullout for the Ca-P bone substitute groups (399 +/- 69 N/mm) was significantly higher than the control group (210 +/- 51 N/mm) (P < 0.01). CONCLUSION: This study demonstrated that augmentation of anterior vertebral body screw fixation with a biodegradable Ca-P bone substitute is a potential alternative to the use of PMMA cement.     

可灌注骨水泥椎弓根螺钉的生物力学研究

目的 探讨可灌注骨水泥椎弓根螺钉(novel perfusional pedicle screw,NPPS)在骨质疏松椎体内的生物力学稳定性.方法 选取平均年龄73岁的完整湿润脊柱标本(T11～L5)6具,共42个椎体,平均骨密度为(0.696±0.14)g/cm2.所有椎体均任取一侧椎弓根置入可灌注螺钉后,使用配套的骨水泥推杆和灌注筒向椎体内灌注骨水泥2ml,对侧椎弓根置入常规螺钉,作为对照组.随机选取3个椎体,剖开椎体观察骨水泥分布情况.余39个椎体随机分成3组,每组13个,分别行最大轴向拔出力、最大旋出力矩、周期抗屈试验.另取10个可灌注螺钉和10个对照组螺钉行三点弯曲实验.结果 所有椎体均没有观察到骨水泥渗漏.可灌注螺钉的最大轴向拔出力为(760±178)N,对照组为(355±87)N;可灌注螺钉的最大旋出力矩为(1.347±0.377)N·m,对照组为(0.488±0.205)N·m.4枚(4/13,占30.8%)可灌注螺钉发生松动,其平均载荷为(150±46)N;未松动的螺钉中,松动位移半均(0.661±0.289)mm,对照组中所有的螺钉在最大负荷介于50～200 N时开始松动(位移>2.000 mm),平均载荷(104±35)N.可灌注螺钉的平均极限弯曲载荷为(3082±144)N,对照组螺钉为(3357±263)N.结论 可灌注椎弓根螺钉,结合骨水泥推杆和灌注筒能有效控制骨水泥渗漏,明显增强椎弓根螺钉在骨质疏松椎体内的稳定性.     

骶髂关节经皮拉力螺钉固定钉道参数的解剖学测量

目的 为经S_1椎弓根水平骶髂关节拉力螺钉固定术提供应用解剖学依据.方法 2008年6月至2009年7月收集50个成人骨盆的螺旋CT扫描数据,重建骨盆三维模型,模拟经皮托力螺钉固定.测量S_1椎弓根的宽和高、骶髂关节拉力螺钉的进针点和进针方向、进针点至S_1椎体对侧前皮质和髂后上棘的距离.结果 S_1椎弓根的宽和高分别为(20.43±1.63)mm和(20.26±0.99)mm;2枚螺钉的进针点均在髂前上棘和髂后上棘的连线上方,至髂后上棘的距离分别为(49.87±6.80)mm和(51.11±7.15)mm.螺钉平行进入S_1椎弓根,与髂骨翼后外侧面垂直,与冠状面和欠状面的夹角分别为18.35°±5.20°和77.62°±3.98°.进针点到S1椎体对侧前皮质的距离分别为(76.08±4.32)mm和(77.62±3.98)mm.骶髂关节拉力螺钉的长度、S_1椎弓根的高度和宽度、进针点到髂后上棘的距离、进针点与冠状面的夹角在男女之间差异有统计学意义(P<0.05).结论 正常成人在S_1椎弓根水平均町置入2枚直径为6.5 mm的拉力螺钉,钉道参数的解剖学测量为骶髂关节拉力螺钉固定手术导航模板的设计提供了理论基础.     

髂骨双钉在腰-髂重建结构中的生物力学优势

目的 评价髂骨单钉与髂骨双钉技术对腰-髂重建结构稳定性的影响.方法 7具成人新鲜尸体L2-骨盆标本,于L3-L5行椎弓根钉固定,将该结构定义为完整状态.对完整状态进行测试后制作骶骨全切失稳模型,每一标本均应用四种髂骨钉技术行L3-髂骨钉-棒稳定重建:A组,髂骨单枚短钉;B组,髂骨单枚长钉;C组,置入髂骨上、下柱的髂骨双枚短钉;D组,置入髂骨下柱的髂骨双枚短钉.髂骨钉的安装及测试顺序随机产生.在MTS材料试验机上,对标本施加800 N压缩和7 N·m扭转载荷,记录L3-髂骨的结构刚度.结果 (1)轴向压缩下,四组的压缩刚度依次为完整状态的73%、76%、98%和112%,A组和B组低于完整状态及C组和D组(P<0.05).其中A组与B组差异无统计学意义,D组与C组差异有统计学意义(P<0.05).(2)在扭转测试中,四组的扭转刚度依次为完整状态的72%、79%、105%和109%,A组和B组低于其他三组(P<0.05).其中A组与B组,完整状态、C组与D组间的差异无统计学意义.结论 对骶骨完全切除所导致的失稳,单枚髂骨短钉与长钉均难以恢复局部的初始稳定性;而双枚髂骨短钉在抗压缩与抗扭转能力方面均高于单枚髂骨钉,可获得与初始状态等同的稳定性.