两段式拉力螺钉和AO拉力螺钉加压性能和加压后钉道损伤程度比较

目的 比较不同医生拧紧两段式拉力螺钉和AO拉力螺钉加压力和加压后钉道拔出强度。 方法 4个0.12 g/cm3的Sawbone松质骨块，每个松质骨块均匀打24个孔并随机分为两组，4名医生根据临床经验在松质骨块上拧紧相同规格的两段式拉力螺钉和AO拉力螺钉，测量螺钉加压力和加压后钉道拔出强度。 结果 两段式拉力螺钉加压力显著高于AO拉力螺钉（P<0.05），两段式拉力螺钉加压后钉道拔出强度高于AO拉力螺钉（医生I，P=0.875；医生II、III、IV，P<0.05）；不同医生拧紧螺钉后的加压力差异显著（P<0.05）。 结论 医生均因两段式拉力螺钉获益：相对于AO拉力螺钉，两段式拉力螺钉的加压性能好，加压后钉道损伤程度轻；医生个体差异影响两段式拉力螺钉和AO拉力螺钉加压性能。     

髋臼前壁骨折模型的建立及不同内固定方式的生物力学稳定性比较

目的　建立髋臼前壁骨折模型,比较4种内固定方式的生物力学稳定性。 方法　选取20个防腐成人半骨盆标本,建立髋臼前壁骨折模型。将骨折模型随机分为4组,A组采用真骨盆上缘重建接骨板固定,B组采用真骨盆内缘重建接骨板固定,C组采用顺行拉力螺钉固定,D组采用逆行拉力螺钉固定。对各组标本进行轴向压缩实验,测量骨折断端水平位移,计算剪切刚度,比较4组不同内固定方式的稳定性。 结果　相同加载载荷下,骨折断端水平位移：A组>B组>C组>D组,内固定剪切刚度：D组>C组>B组>A组。载荷为400 N时各组水平位移及内固定剪切刚度差异均无统计学意义（P>0.05）,载荷为800 N至2000 N时,除C组与D组间水平位移及内固定剪切刚度差异无统计学意义外（P>0.05）,其余各组间比较差异均有统计学意义（P<0.05）。 结论　髋臼前壁骨折模型可用于髋臼前壁骨折的生物力学分析,采用拉力螺钉固定髋臼前壁骨折的稳定性高于重建接骨板固定方式,其中顺行拉力螺钉固定与逆行拉力螺钉固定的稳定性相似。     

髋臼四边体骨折3种内固定方式的生物力学评价

目的　探究髋臼四边体骨折的最优内固定方式。 方法　采用半骨盆标本制作髋臼四边体骨折模型12具,按内固定方式随机分成3组,A组：骨盆缘下重建接骨板,B组：骨盆缘下锁定重建接骨板,C组：前柱重建接骨板结合方形区螺钉。将柳叶状压敏片贴于股骨头上,通过垂直加载依次测量生理体重600 N下完整髋臼I组（未制作骨折线）和A、B、C 3组的臼顶接触特性,及连续分级负载下A、B、C 3组的水平位移和纵向位移。 结果 生理体重600 N下3组内固定的髋臼负重区接触特性未能恢复至正常,负重面积、平均应力、峰值应力及分级载荷下水平位移和纵向位移均存在统计学差异（P<0.05,200 N除外）,且水平位移和纵向位移都随载荷的增加而增大,而在1800 N时A组纵向位移达到失效标准。 结论 对髋臼四边体骨折予以3种不同内固定,前柱重建接骨板结合方形区螺钉内固定的稳定性及接触特性均优于骨盆缘下接骨板内固定,可以减少创伤性关节炎的发生率。     

自制组合式可变应力接骨板固定股骨干骨折生物力学研究

目的探讨自制组合式可变应力接骨板固定股骨干骨折生物力学研究。方法将选取的15个股骨标本随机分为对照组、普通加压组、组合式可变应力组3组,每组5个。比较3组股骨前屈、后屈、压缩实验不同载荷下的最大位移。结果 3组股骨前屈、后屈实验20N、60N载荷下及压缩试验100N、300N载荷下的最大位移比较差异均无统计学意义(P0.05);组合式可变应力组和普通加压组前屈、后屈实验100N载荷下及压缩试验500N载荷下的最大位移均高于对照组(P0.05);组合式可变应力组前屈、后屈实验100N载荷下及压缩试验500N载荷下的最大位移均低于普通加压组(P0.05)。结论体外模拟股骨干骨折应用自制组合式可变应力接骨板固定有较好的生物力学特点,在不同作用力下均能保持较小的位移,变形抵抗能力好。     

数字散斑法测量加载100 N与400 N肱骨干骨折钢板固定下的位移

背景：将光学测量技术数字散斑相关方法应用到生物医学领域中,能更精确地分析螺钉断裂的特点。 目的：以数字散斑法测量肱骨钢板螺钉的位移。 方法：取4根肱骨制造肱骨中段骨折模型。将骨折标本进行复位,用8孔钢板固定,骨折线两端各使用4枚螺钉固定。分别在100及400 N拉力下,将模型设计成骨折前后的5种状态,即状态a是未骨折加压钢板坚强内固定组(模拟骨折愈合,未锯断);状态b是骨折后近端去1枚螺钉;状态c是在状态b的基础上远端去1枚螺钉;状态d是在状态c的基础上近端去1枚螺钉;状态e是在状态d的基础上远端去1枚螺钉。分别测量骨折线两端两枚螺钉的位移,通过相关软件计算位移。 结果与结论：在100 N及400 N拉力下,骨折线旁对称分布的两枚螺钉随着其他螺钉的减少,所产生的位移差异存在显著性意义(P < 0.01);骨折线旁成对称分布的两枚螺钉所承受的应力差异无显著性意义(P > 0.05)。提示骨折线两端的2枚螺钉是承受较多应力的部位(应力集中),易于发生断裂,应选用比现有螺钉的直径增大1.0~2.5 mm的螺钉,增加骨折线旁的固定螺钉稳定性以避免断钉等后遗症。     

髓内螺钉固定用于髋臼横断骨折的生物力学研究

目的探讨髓内螺钉固定用于髋臼横断骨折的生物力学特性,为临床应用提供理论依据。方法选取5例成人髋关节,模拟髋臼横断骨折,采用髓内自加压钉、空心钉2种内固定,进行骨折部位分离位移、应力、载荷的大小测量。结果①髓内自加压螺钉固定在800N时,其纵向位移、水平位移比采用髓内空心钉要小,有显著性差异(P0.05);②800N载荷作用下,髓内自加压钉的轴向刚度、水平剪切刚度较空心钉大,具有显著性差异(P0.05)。结论髓内自加压螺钉对髋臼横断骨折固定的效果优于空心钉。     

数字散斑法加载100 N与500 N测量胫骨干骨折内固定下的位移

背景：以往研究多以传感器研究钢板置入内固定治疗骨折生物力学特点,存在直接接触、精度低等缺点。 目的：以数字散斑法测试成人胫骨加压钢板内固定中骨折断端第4颗和第5颗螺钉在不同拉力条件下的平均位移。 方法：测试之前在所有成人胫骨标本表面喷涂银漆粉,用于数字散斑测量。横行截断胫骨中点,制造胫骨干中段骨折模型。将加压钢板置入胫骨后外侧骨膜下,骨折端两侧各4枚螺钉穿透4层骨皮质。标本分6个状态：A,8枚螺钉加压胫骨内固定(未锯断,模拟骨愈合状态);B,在A组的基础上胫骨中点锯断;C,在B组的基础上去掉上面第1颗螺钉;D,在C组的基础上去掉下面第1颗螺钉;E,在D组的基础上去掉上面第2颗螺钉;F,在E组的基础上去掉下面第2颗螺钉,按A~F组测量顺序进行测量。在100,500 N拉力下,用CSS-44100型电子万能试验机进行加载拉力测量骨折断端近侧第4颗与第5螺钉的位移。 结果与结论：方差分析显示在100 N拉力下(F=3.107),A组与F组比较方差的P < 0.05;在500 N拉力下(F=4.719),A组与F组比较方差的P值< 0.05。说明靠近骨折线的螺钉承受较大的应力,容易断裂,在加压钢板内固定治疗胫骨骨折时,经过推断假定其螺钉直径建议增加1.0~2.0 mm。     

生物型空心松质骨螺钉的力学强度研究

目的 研发生物型空心螺钉并评价其力学性能,为今后经螺钉尾部注射富集骨髓干细胞并经螺钉扩散治疗骨折,特别是促进股骨颈骨折术后骨愈合、预防股骨头坏死提供理论基础。方法 对用于股骨颈骨折治疗的内固定TC4钛合金空心松质骨螺钉（直径7.3 mm）进行改良,设计研制封堵尾帽,并在长900 mm的空心松质骨螺钉的螺杆上设计侧孔,侧孔沿螺钉轴线排列,第1侧孔距钉尖20 mm,以后每个侧孔间距10 mm,依次为侧孔0~6个不等。侧孔为0的螺钉作为对照,其余分成平行于孔加力A组和垂直于孔加力B组,应用Instron材料试验机对螺钉进行3点弯曲测试,统计分析侧孔的数量及加压方向与螺钉力学强度的关系。结果（1） 平行于孔加力A组,即当螺钉侧孔方向面对受力方向,侧孔数量为0、1、2个时,螺钉受压应变达到3 mm,最大载荷和弹性模量均没有统计学差异;而当侧孔数量增加至3个以上时,最大载荷和弹性模量均出现明显下降,有统计学意义（P<0.05）。（2） 垂直于孔加力B组,即当螺钉侧孔方向垂直于受力方向,侧孔数量为0、1、2个时,螺钉受压应变达到3 mm,最大载荷间没有统计学差异（P>0.05）,侧孔数量为0、1、2、3个时,螺钉的弹性模量间没有统计学差异（P>0.05）;而当侧孔数量增加时,最大载荷（≧3个侧孔）、弹性模量（≧4个侧孔）均出现明显下降,有统计学意义（P<0.05）。（3） 当侧孔数≧3个时,垂直于孔加力组螺钉所能承受的最大载荷和弹性模量均高于同等侧孔数目螺钉受到平行于孔加力时的结果（P<0.05）。结论（1） 直径7.3 mm钛合金空心松质骨螺钉的侧孔数目控制在2个以内,对螺钉的力学性能无明显影响;（2） 若螺钉侧孔数≧3个,螺钉侧孔方向垂直于载荷方向较平行于载荷方向,能提供更强的力学性能。本研究为今后生物型空心螺钉的临床开发和使用提供了理论依据和支持。     

空心拉力钉锁定板与空心钉固定股骨颈骨折的生物力学研究

目的通过对空心拉力钉锁定板与空心钉固定股骨颈骨折模型生物力学测试,探讨两种内固定器固定股骨颈骨折的生物力学差异。方法选择16具新鲜冰冻股骨标本,其中男性8具,女性8具;年龄45~60岁,平均年龄51岁。经股骨颈截骨制作经颈型股骨颈骨折模型。随机分为2组,即空心拉力钉锁定板组和空心钉组。解剖复位后分别以空心拉力钉锁定板(n=8)和空心钉(n=8)固定。将骨折模型置于疲劳试验机上,每组标本分别给予800 N循环轴向载荷和16 N·m循环扭转载荷3 000次,最后给予每组模型极限载荷。观察两组模型极限载荷大小。结果轴向载荷实验中,空心拉力钉锁定板组、空心钉组股骨头下沉位移分别为(0.94±0.11)mm、(1.26±0.18)mm,差异有显著统计学意义(P0.01);空心拉力钉锁定板组、空心钉组极限轴向载荷分别为(3 320.00±40.23)N·m、(2 840.00±72.56)N·m,差异有显著统计学意义(P0.01)。扭转载荷试验中,空心拉力钉锁定板组、空心钉组股骨头扭转位移分别为(4.01±0.11)°、(6.44±0.13)°,差异有显著统计学意义(P0.01)。结论空心拉力钉锁定板抗侧压及抗扭转能力明显高于空心钉,在生物力学上空心拉力钉锁定板治疗股骨颈骨折有明显优势,值得临床推广使用。     

骨盆前环骨折经皮空心拉力螺钉固定的生物力学研究

目的：通过骨盆生物力学的研究,为前环骨折提供可供选择的临床治疗方式。方法：15具防腐湿性尸体,随机分成三组每组5具。A组骨盆完整,行预试验;B、C两组制成前环骨折模型,B组采用空心拉力螺钉固定,C组采用重建钢板固定。各组均接受不超过500次的循环压力负荷,直至结构衰竭,经动态机械性能分析（DMA）并记录压应力和各方向位移。结果：A组在150N／3Hz模式下出现应力松弛,耻骨支间位移（0．7±0．32）mm;250N／5Hz负荷模式下发生结构衰竭,位移（3．0±0．88）mm。相同的压力／频率耦合模式下,发生松弛时B组位移（1．26±0．49）mm,C组位移（1．06±0．45）mm;发生衰竭时B组的应力为（1010．4±542．46）N,C组为（919．2±409．34）N。结论：拉力螺钉与重建钢板相比,应力足够坚强,基于骨盆的生物力学特点,能够改善前环骨折的治疗。     

全螺纹松质骨螺钉治疗跟骨骨折疗效观察

目的探讨采用克氏针撬拨复位,微创小切口钢板全螺纹松质骨钉内固定治疗跟骨关节内骨折的临床疗效。方法2009年9月开始采用微创钢板螺栓加压内固定系统治疗跟骨关节内骨折,在实践中不断探索改进,于2011年2月开始将部分病例采用全螺纹松质骨螺钉替代加压螺栓固定,取得良好临床效果。此组病人40例;男21例,女19例;年龄21-65岁,平均41岁;左足16例,右足24例;均为闭合性跟骨关节内移位骨折,致伤原因：高处坠落伤29例,车祸伤11例;合并脊柱骨折2例,骨盆骨折1例,同侧股骨骨折2例。骨折按Sanders分型：Ⅱ型12例,Ⅲ型24例,Ⅳ型4例。所有患者术前行X线检查和CT扫描三维重建,以了解跟骨压缩的程度和关节面的完整性。结果所有患者术后均获得3～16月（平均12月）随访。切口均甲级愈合。Boehler角、Gissane角和跟骨宽度分别由术前的6．05°±3．56°、159．27°±10．62°、41．17±2．06mm恢复到术后的31．86°±2．67°、117．24°±8．47°、31．25±1．78mm,3个月后为32．61°±4．56°、119．59°±2．11°、32．12±1．86mm。骨折完全愈合,无一例发生切口皮缘坏死和感染、腓骨长短肌肌腱腱鞘炎,未出现骨折移位或内固定失败等情况。美国骨科足踝外科学会（American Orthopaedic Foot ＆ Ankle Society, AOFAS）评分系统的踝．后足评分为术前20．73±11．92分、术后3天71.38±9．47分、术后3个月72．76±17．62分。结论全螺纹松质骨螺钉替代自断型加压螺栓进行固定,可有效恢复跟骨的宽度,避免了内侧神经血管的损伤,易于取出,并发症少,临床效果满意。     

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。     

The effect of screw insertion angle and thread type on the pullout strength of bone screws in normal and osteoporotic cancellous bone models

Screw fixation can be extremely difficult to achieve in osteoporotic (OP) bone because of its low strength. This study determined how pullout strength is affected by placing different bone screws at varying angles in normal and OP bone models. Pullout tests of screws placed axially, and at angles to the pullout axis (ranging from 10° to 40°), were performed in 0.09 g cm^?3, 0.16 g cm^?3 and 0.32 g cm^?3 polyurethane (PU) foam. Two different titanium alloy bone screws were used to test for any effect of thread type (i.e. cancellous or cortical) on the screw pullout strength. The cancellous screw required a significantly higher pullout force than the cortical screw (p < 0.05). For both screws, pullout strength significantly increased with increasing PU foam density (p < 0.05). For screws placed axially, and sometimes at 10°, the observed mechanism of failure was stripping of the internal screw threads generated within the PU foam by screw insertion. For screws inserted at 10°, 20°, 30° and 40°, the resistance to pullout force was observed to be by compression of the PU foam material above the angled screw; clinically, this suggests that compressed OP bone is stronger than unloaded OP bone.     

Thermal properties of cancellous bone.

Specimens of beef bone were analyzed for thermal conductivity and thermal capacity. The thermal conductivity was about 7 X 10(-4) cal/cm/sec/degrees C, that is about the same as for other tissues. As regards thermal capacity, the determination of 0.73 cal/cm2/degrees C also was similar to that in other tissues. Both thermal conductivity and capacity were isotropic with respect to the layer of epiphyseal cartilage, and the orientation of bony trabeculae. Thermal probes were devised heated either by water or by electric current to destroy localized volumes of bone, as in surgery. To achieve necrotizing temperatures, the sizes of such probes and the times of application of heat were determined.     

鹿脱蛋白松质骨的生物相容性

背景：经过脱蛋白去抗原处理的异种松质骨作为骨移植材料,具有天然的多孔结构、可塑性及一定的机械强度。 目的：观察鹿脱蛋白松质骨的生物相容性。 方法：①热源实验与急性毒性实验：将鹿新鲜骨、脱蛋白松质骨及深低温冻干脱蛋白松质骨浸提液分别注入家兔耳缘静脉与小鼠腹腔。②溶血实验：将兔血混悬液分别加入鹿新鲜骨、脱蛋白松质骨、深低温冻干脱蛋白松质骨、碳酸钠(阳性对照)、生理盐水(阴性对照)中。③凝血实验：将鹿新鲜骨、脱蛋白松质骨及深低温冻干脱蛋白松质骨分别加入兔正常混合血浆中。④肌袋实验：在小鼠大腿肌袋处分别植入新鲜鹿骨、鹿脱蛋白松质骨及深低温冻干脱蛋白松质骨。 结果与结论：鹿脱蛋白松质骨及深低温冻干鹿脱蛋白松质骨无热源反应,未引起毒性、溶血及凝血反应,植入小鼠肌肉内后未发生排斥反应。新鲜鹿骨6种实验有轻度异常,但无动物死亡。表明鹿脱蛋白松质骨及深低温冻干鹿脱蛋白松质骨具有良好的生物相容性。     

空心加压螺钉治疗股骨颈骨折的轴向拔出实验研究

目的通过实验,研究影响空心钉在股骨头内稳定性的重要因素,为临床中空心钉治疗股骨颈骨折选择理想的手术方案提供理论依据。方法31枚股骨头标本,空心螺钉按照治疗股骨颈骨折的方法植入股骨头。记录年龄、测量股骨头直径、测量股骨头骨密度、测量钉尖到关节面软骨的距离;同时固定股骨头和螺钉帽,通过实验机进行空心钉轴向拔出实验,记录最大拔出负荷。用SPSS11.5软件包对实验数据进行多元逐步回归分析。结果股骨头骨密度和钉尖到关节面软骨的距离与最大拔出负荷相关,前者呈正相关(P=0.002),而后者呈负相关(P=0)。钉尖到关节面大于8mm组和小于8mm组的最大拔出负荷之间有显著差异(P=0.004)。结论股骨头骨密度越高,一定范围内螺钉植入越深,越有利于内固定的稳定。     

A synthetic bone implant macroscopically identical to cancellous bone

Macroporous hydroxyapatite (HA) and β-tricalcium phosphate (β-TCP) are widely used as synthetic bone replacement materials due to their high biocompatibility and osteoconductive properties. The level of porosity, pore size distribution, pore morphology, and the degree of pore interconnectivity in such grafts significantly influences the extent of bone ingrowth. It has been hypothesised that an ideal implant macrostructure may be similar in morphological characteristics to the inorganic matrix of the bone it is replacing. However, to date, clinically available synthetic materials differ structurally from cancellous bone.

A method is described for the macrostructural replication of cancellous bone. Reproduction involves a multistage process requiring the manipulation of positive and negative forms of the inorganic matrix. By infiltration of a wax negative mould of cancellous bone with a ceramic slip, followed by removal of the wax, and firing, it is possible to produce a positive replica of the original cancellous macrostructure.

Optimisation of slip preparation conditions (pH and percentage deflocculant addition) and sintering conditions have allowed successful replication of cancellous bone using several bioceramic compositions including HA, β-TCP, and HA/β-TCP.     

Deformation behaviour of bovine cancellous bone.

Repetitive cyclic loading from daily activities is reported to induce fatigue damage and microcracking in bone structures. In terms of osteoporotic structures or in cases of serious damage of skeleton segments and the replacement by metallic implants the degree of damage due to cyclic loading will be even more pronounced. It is generally assumed that fatigue induced cracking and crack propagation essentially act as driving forces for complex physiological phenomena such as remodelling processes of bones and the adaptation to applied loads. In cases where the crack propagation rate exceeds the remodelling velocity, sudden and unexpected fracture of the bone is observed. Especially for implant reinforced structures the deviation in stiffness to the bone material can induce high peak stresses and accelerate crack propagation. Whereas, for cortical bone the mechanical behaviour under cyclic loading is sufficiently described, only rough data are available for trabaecular structures. In this study the deformation behaviour of bovine vertebra trabecular bone specimens is investigated under cyclic compressive loading. A powerlaw relationship was found between the applied load ratio and cycles to failure. A linear decrease of maximum, integral strains at failure with increasing applied load ratio was observed. Optical deformation measurement of the surface strains revealed that low strains (0-1 increasing applied load ratio whereby the higher strains behave directly opposite. This indicates that different failure mechanisms are acting at low cycle and high cycle fatigue, respectively.     

异种去抗原松质骨成骨效能的实验研究

 目的：研究异种去抗原松质骨与基因重组人骨形成蛋白2 (recombinant human bone morphogenetic protein 2, rhBMP-2)复合后的生物相容性和成骨效能。方法：28只新西兰大白兔28处颌骨缺损完全随机分为3组：异种去抗原松质骨/rhBMP-2组（A组）、异种去抗原松质骨组（B组）和空白对照组（C组）。A组和B组每组12处骨缺损,于4、8和12周分别进行大体观察、X线检查、HE染色和新生骨量测定;C组共4处骨缺损于12周时进行大体观察、X线检查和HE染色。结果：X线显示,随着时间的增长,2组的植入骨逐渐降解吸收,由自体骨替代,A组较B组显著;C组12周时无法完成愈合。骨密度测量显示,随着时间的增长,A和B组的骨密度值增加,2组之间存在显著差异（P<0.05）。HE染色可见A组的新生血管、纤维组织和新生骨均较B组多;植入骨降解速度快于B组;A组新生骨面积大于B组（P<0.05）。结论：异种去抗原松质骨是rhBMP-2的良好载体;异种去抗原松质骨/rhBMP-2复合材料能持续成骨,可加速骨缺损修复的速度,是一种较好的骨修复材料。