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新型设计可灌注骨水泥椎弓根螺钉的生物力学特性
背景：老年性骨质疏松症患者由于骨质相对比较脆弱，使得椎弓根螺钉固定能力相对较差。当前，临床上使用骨水泥强化椎弓螺钉的方法能够提高螺钉固定能力，但是患者治疗时水泥渗漏以及螺钉取出困难成为其解决问题。目的：研制新型可灌注骨水泥椎弓根螺钉，探讨其生物力学特性和安全性及实用性，为临床骨质疏松脊柱疾病患者治疗提供依据。方法：选取南京中医大学附属医院2013年12月至2015年1月采集的6具73例完整湿润脊柱标本资料进行分析，标本中共有42个椎体。入选椎体在一侧椎弓根置入可灌注骨水泥椎弓根螺钉后采用骨水泥推杆和灌注筒在X射线辅助下向其内灌注2 mL骨水泥设为实验组，对侧椎弓根置入常规螺钉作为对照组，观察骨水泥弥散情况。结果与结论：骨水泥由稀糊状期进入团状初期的时间为三四分钟；糊状期骨水泥采用注射器抽取注入灌注筒中更为方便；灌注筒和螺钉尾部的螺纹连接方便、紧密，无渗漏；推杆可以提供足够的灌注力；骨水泥在中空和侧孔处弥散出螺钉，侧孔排列规律性强，且各侧孔间距相等；常规椎弓根螺钉极限强度、极限位移显著高于新型可灌注骨水泥椎弓根螺钉(P <0.05)；常规椎弓根螺钉屈服载荷以及屈服位移显著低于新型可灌注骨水泥椎弓根螺钉(P <0.05)；骨水泥在可灌注骨水泥螺钉周围弥散分布规则，骨水泥由4排侧孔向不同的方向弥散入周围骨松质，且与相邻骨水泥团融合；新型可灌注骨水泥螺钉轴向拔出力较对照组增加了114%(P <0.05)；新型可灌注骨水泥螺钉大旋出力矩，显著高于对照组(P <0.05)。结果证实，新型设计的可灌注骨水泥椎弓根螺钉，结合骨水泥推杆和灌注筒应用更加方便，能够有效控制骨水泥渗漏，提高椎弓根的稳定性且能在骨质疏松患者中广为使用。
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椎弓根螺钉及颈椎体螺钉置入内固定后的生物力学及稳定性比较
背景：从人体解剖角度来说，脊柱承载的负荷较多，机体运动时活动幅度、活动量也比较大，螺钉置入脊柱后如果生物力学性能及稳定性达不到要求，容易导致螺钉的握持力不足发生松动，从而增加了患者治疗后并发症的发生率。
目的：对比内固定椎弓根螺钉与颈椎体螺钉置入脊柱后的生物力学性能及其稳定性。
方法：选取100个人体下颈椎椎体标本进行分析，随机分为颈椎体螺钉组与内固定椎弓根螺钉组。分别将内固定椎弓根螺钉与颈椎体螺钉置入人体下颈椎标本中，采用Electro Force 3510材料试验机对标本进行轴向拔出力、疲劳加载后轴向拔出力、固定稳定性等生物力学测试，比较2种螺钉置入脊柱后的生物力学性能及其稳定性。
结果与结论：①内固定椎弓根螺钉组即时拔出力、即时拔出刚度均显著高于颈椎体螺钉组(P<0.05)；②2组虽然疲劳拔出力和疲劳拔出刚度差别不大，但是经统计学分析二者差异有显著性意义(P<0.05)，内固定椎弓根螺钉组显著高于颈椎体螺钉组；③结果提示，内固定椎弓根螺钉置入脊柱后能够为机体提供足够的内固定稳定性，且具备较好的抗疲劳特性，可提高置入脊柱后的即时拔出力和疲劳拔出力，稳定性更强。 -
钛合金内固定材料修复脊柱结核：生物相容性及力学性能
背景：目前，对于脊柱结核主要以内固定治疗为主，但选择何种内固定材料尚存在较大的争议。目的：比较钛合金和不锈钢内固定材料修复家兔脊柱结核的生物相容性及力学性能。
方法：取30只家兔，建立家兔脊柱结核模型，随机分为2组，每组15只，分别置入不锈钢材料、钛合金材料进行内固定修复。置入30 d后，观察两组生物相容性，检测脊柱修复部位生物力学性能。
结果与结论：①生物相容性：钛合金内组未出现感染、免疫排斥等不良反应，不锈钢组3例家兔出现感染；②生物力学：钛合金组加载后前屈、后伸及侧弯距离显著小于不锈钢组(P<0.05)，前屈、后伸、侧弯位移量显著少于不锈钢组(P<0.05)，大轴向拔出力显著大于不锈钢组(P<0.05)，前屈、后伸、侧弯及轴向压缩显著大于不锈钢组(P<0.05)；③结果表明：钛合金内固定材料具有良好的生物相容性，能够恢复和维持脊柱稳定性。 -
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
背景：老年性骨质疏松患者由于机体骨质的脆弱，容易造成椎弓根螺钉固定能力得到进一步削弱。因此骨质疏松性腰椎退变患者采用椎弓根螺钉修复时骨水泥渗漏以及螺钉取出量等问题难以解决。目的：探讨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患者中的应用效果。方法：选取完整浸润腰椎标本(T11-L5)6具，平均年龄(72.9±4.2)岁，共42个椎体，平均骨密度为0.696 g/cm2。所有椎体任意选取一侧椎弓根置入可灌注骨水泥椎弓根螺钉，采用水泥推杆和灌注筒在X射线透视下灌注2 mL骨水泥；在椎体标本对侧置入相同数目常规螺钉。对2种螺钉进行三点弯曲实验，对选取椎体进行大轴向拔出力实验及大旋出力矩实验，观察椎体的破坏情况及螺钉置入效果。结果与结论：①新型可灌注骨水泥椎弓根螺钉极限强度、屈服载荷均显著大于常规螺钉(P<0.05)；极限位移和屈服位移均显著小于常规螺钉(P<0.05)；②新型可灌注骨水泥椎弓根螺钉的轴向拔出力及大旋出力矩均显著高于常规螺钉(P<0.05)；③综上所述，新型可灌注骨水泥椎弓根螺钉操作简单，能够有效的控制骨水泥渗透，提高螺钉在骨质疏松椎体内的稳定性，且治疗后螺钉取出相对方便，不会对椎体和钉道产生明显的破坏，促进机体早期恢复。
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椎弓根螺钉置入椎体深度与其稳定性的生物力学分析
背景：椎弓根螺钉系统置入对于骨折复位或对力学稳定性的影响由多方面因素决定。椎弓根螺钉固定失败的原因主要是折断及疲劳松动，研究证明影响椎弓根螺钉生物力学稳定性的主要影响因素为其长度及直径，有关其置入深度的研究报道较少。目的：基于生物力学分析椎弓根螺钉置入椎体深度与其固定稳定性的关系。方法：在15个5月龄猪L2椎体标本上制作单椎体压缩骨折模型。根据椎体前后径长度，依次经骨折椎体上下椎弓根置入不同深度的螺钉，置钉深度分别为椎体前后径的80%，90%，100%。固定标本后，在WDT-10KN型万能材料试验机上，以频率为0.5 Hz(340±125) N的的载荷对标本进行10000次疲劳实验。测量疲劳实验后各组标本前屈、后伸、左弯、右弯4个方向的活动度以及螺钉大轴向拔出力大小，并比较各组间的差异。结果与结论：①疲劳实验后各组标本前屈、后伸、左弯、右弯4个方向的活动度，置入100%组和置入90%组均显著小于置入80%组(P <0.05)，置入100%组显著小于置入90%组(P <0.05)。②疲劳试验后各组螺钉大拔出力，置入100%组和置入90%组显著大于置入80%组(P <0.05)，置入100%组显著大于置入90%组(P <0.05)。③结果提示，椎弓根螺钉置入椎体的深度与其固定稳定性显著相关。椎弓根螺钉置入越深入，椎体稳定性越强，置入100%组>90%组>80%组。
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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大轴向拔出力、即时骨质疏松标本大轴向拔出力、疲劳正常骨密度标本大轴向拔出力、疲劳骨质疏松标本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。 -
磷酸钙强化椎弓根螺钉的动态生物力学研究
目的 研究磷酸钙骨水泥强化椎弓根螺钉后生物力学强度的体内动态变化.方法 成年雌性绵羊12只,年龄4～6岁,体重33-45 kg.经L1～L6椎体双侧椎弓根分直接植入、CPC强化和PMMA强化3种植钉方法植入椎弓螺钉,每只动物体内植钉方法按平衡不完全随机进行分配,每种方法各植4枚.植钉后动物被随机分配至术后1 d,4 w,12 w和24 w4个观察时间点,每点3只.在观察点获取植钉腰椎标本,测定螺钉的轴向拔出力和拔出能量吸收值,对相同时间点各植钉方法之间和同一植钉方法各时间点之间的指标对比分析.结果 4个观察时间点动物的骨密度分别为:(0.923±0.082)g/cm~2,(0.910±0.098)g/cm~2,(0.952±0.123)g/cm~2和(0.912±0.126)g/cm~2,组间均未见显著差异(P>0.05);在术后1d,4w,12w和24w 4个观察时间点CPC强化组的大轴向拔出力(F_(max))依次为:(893.13±63.91)N,(916.50±109.88)N,(1 022.04±73.85)N和(1 104.91±112.33)N;拔出能量吸收值(EAV)与相应的Fmax呈正相关(P<0.001).同一方法各时间点内的F_(max)和EAV均无显著性差异(P>0.28).相同时间点,CPC强化组的F_(max)和EAV均显著高于对照组(P<0.001).另外,除24周的EAV二者无差异(P<0.18)外,PMMA强化组两项指标均高于CPC强化组(P<0.003).结论 用CPC强化能显著提高椎弓根螺钉的固定强度,且强化作用在体内是动态稳定的;在椎弓根螺钉强化方面,CPC是PMMA理想的替代材料.
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经肋横突结合区入路生物力学研究
目的 测量肋横突结合区螺钉的生物力学特性并与椎弓根螺钉的进行比较.方法 取3具冷冻成人胸椎标本,在椎体的一侧按常规方法置入椎弓根螺钉,对侧经肋横突结合区置入螺钉,然后测量每颗螺钉的大拔出力.结果 测量了57枚螺钉的大轴向拔出力,其中肋横突结合区螺钉30枚,椎弓根螺钉27枚.肋横突结合区螺钉平均大轴向拔出力为(805.99±169.3)N,椎弓根螺钉平均大轴向拔出力为(808.40±183.5)N,两者之间差异无显著性.结论 肋横突结合区螺钉足以为脊柱提供坚强的固定.
