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磷酸钙骨水泥对颈椎前路螺钉置入体强化作用的生物力学分析
背景:有研究表明磷酸钙骨水泥通过改善骨与螺钉界面的质量,从而强化螺钉的即刻和早期固定强度.目的:实验拟验证磷酸钙骨水泥对颈椎前路单皮质骨螺钉的强化作用.设计:对比观察.单位:中南大学湘雅医学院附属湘雅一医院骨科.材料:实验于2003-09/2004-01在中南大学材料科学与工程学院电子拉伸力学性能室完成.由张家港市欣达医疗器械有限公司生产的颈椎前路单皮质骨自攻螺钉,材质为纯钛.注射型磷酸钙骨水泥由上海瑞邦生物材料有限公司生产.轴向拔出套筒由中南大学机械制造基地制造.方法:①选取4具新鲜青年男性尸体C3～C6椎体标本共16个椎体,单个椎体骨密度测量,证实无骨质疏松.4具新鲜老年男性尸体C3～C6椎体标本共16个椎体,单个椎体骨密度测量,证实骨质疏松.标本由中南大学湘雅医学院解剖教研室提供,死者生前自愿捐献遗体,家属均知情同意.每组随机选择12个椎体进行3个试验,轴向拔出试验选取6个椎体,周期抗屈试验和抗屈后抗剪切试验选取6个椎体.在椎体前方中线两侧8 mm处向中线倾斜5°攻丝锥导孔,钻出钉道备用,不穿透椎体后方骨皮质.②轴向拔出实验:随机选取椎体一侧置入螺钉作为对照组,在材料实验机上行轴向拔出实验,拔出速率为5 mm/min.螺钉拔出后用磷酸钙骨水泥 0.10～0.15 mL修复钉道再次置入螺钉作为修复组,另一侧直接以磷酸钙骨水泥填充后置入螺钉作为强化组,37 ℃下放置24 h后再行轴向拔出试验.③周期抗屈试验和抗屈后抗剪切试验:随机选取椎体一侧置入螺钉作为对照组,另一侧直接以磷酸钙骨水泥填充后置入螺钉作为强化组行周期抗屈试验和抗屈后抗剪切试验.主要观察指标:①螺钉的大轴向拔出力.②周期抗屈实验后螺钉的位移.③周期抗屈后螺钉的大抗剪切力.结果:①轴向拔出试验:骨质正常椎体,对照组拔出力为(313± 64)N,修复组为(376±88)N,强化组为(446±121)N;骨质疏松椎体,对照组拔出力为(106±47)N,修复组为(154±67)N,强化组为(191±80)N.修复组、强化组的轴向拔出力均明显高于对照组(P < 0.05).②周期抗屈实验:强化组在相同载荷下产生的位移明显小于对照组(P < 0.05).③大抗剪切力:骨质正常椎体:对照组为(301± 79)N,强化组为(395±105)N.骨质疏松椎体:对照组为(87±39)N,强化组为(149±63)N,强化组的大抗剪切力明显强于对照组(P < 0.05).结论:磷酸钙骨水泥能提高螺钉的轴向拔出力及抗剪切能力,在骨质疏松时强化效果更加明显.
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滑动椎弓根钉棒系统的研制和生物力学测试
背景:现今临床上常用的椎弓根钉内固定系统为钉棒锁定结构系统,妨碍了处于生长发育期青少年脊柱的纵向生长,所以迫切需要一种能够滑动的椎弓根钉内固定系统.以减少或避免对脊柱生长的影响.目的:对比观察自行研制的滑动椎弓根钉棒系统与传统锁定椎弓根钉棒系统固定脊椎的力学性能.设计:对比观察. 单位:解放军第三军医大学新桥医院骨科,解放军第二一一医院骨科.材料:实验于2007-06-29在哈尔滨工业大学材料科学院完成.自行设计的滑动椎弓根钉棒系统,材质是钛合金,由江苏省常州市武进第三医疗器械厂生产,包括滑动椎弓根钉、矫形棒和横向连接装置三部分.新鲜猪脊椎标本12具,仔细剔除T1～L5椎体所附肌肉,保留主要韧带及后关节突结构的完整性.方法:将标本随机分成滑动组和锁定组,每组6具标本.切除T12椎骨的部分椎板、周围韧带及T11-12、T12～L1椎间双侧小关节造成脊柱失稳,再将滑动椎弓根钉系统和锁定椎弓根钉系统固定于各组的T10, T12,L2椎体上.将标本稳妥安装在夹具内,置于INSTAON-4505轴 向压缩机上.将应变片连接于YJ-31静电电阻应变仪上,模拟人体脊柱载荷并加载于重心点.以便造成前屈、后伸、侧屈、轴向压缩等运动状态.载荷在100,200,300,400,500 N实施分级加载,在不同情况下测量T12椎体的位移.主要观察指标:①在前屈、后伸、侧屈、轴向压缩情况下,主应变及位移变化.②脊柱固定强度和刚度.结果:滑动组和锁定组在屈伸、侧屈、轴向压缩情况下,其主应变、位移变化及固定强度差异均无显著性性意义(P>0.05).结论;滑动椎弓根钉棒系统可以获得与锁定椎弓根钉棒系统相同的生物力学稳定性.滑动椎弓根钉系统将椎弓根钉与矫形棒之间的连接设计为滑动式,使之可随脊柱生长而延长.用于生长发育期脊柱侧凸的的治疗具有可行性.
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椎弓根螺钉内固定材料置入并植骨融合后路矫正治疗重度僵硬性青少年特发性脊柱侧凸20例
背景:主弯Cobb角大于65°、柔韧性小于34.5%的重度僵硬性青少年特发性脊柱侧凸多以传统的前后联合入路手术矫正,但并发症较多.应用使单纯后路手术对矫正置入椎弓根螺钉固定材料植入并植骨融合是否会有更好的效果?目的:评价单纯后路矫正椎弓根螺钉固定材料并植骨融合术矫正治疗重度僵硬性青少年特发性脊柱侧凸的效果.设计:病例分析.单位:上海交通大学医学院附属仁济医院骨科.对象:选择1999-06/2005-08在上海交通大学医学院附属仁济医院骨科收治的20例重度僵硬性青少年特发性脊柱侧凸患者,男8例,女12例,年龄12～18岁,平均15岁.均经全脊柱X片确诊.King-Moe分型Ⅰ型4例,Ⅱ型6例,Ⅲ型5例,Ⅳ型3例,Ⅴ型2例.术前侧凸主弯平均Cobb角82°(75o～92o),平均柔韧性为30%(20%～40%),术前平均双肩高度差为15 mm(5～35 mm). 患者中Risser征1度3例,2度5例,3度6例,4度5例,5度1例.患者及家属均对治疗知情同意,实验经过医院伦理委员会批准许可.本组患者所用的人工骨为美国Wright公司的产品Osteoset.方法:患者均行单纯后路矫正椎弓根螺钉固定植骨融合手术,暴露预定融合范围内椎体的棘突、椎板、关节突关节及横突.暴露完成后先根据进钉点的解剖标志以徒手技术在术前确定的"关键性椎体"上置入椎弓根螺钉.其中6例手术以TSRH系统进行固定,其余手术均以CDH M8系统固定.术后评估手术时间及失血量.术后7 d 采用X线测量患者Cobb角,计算主弯矫正率,同时评估双肩高度差及住院时间.术后4年随访患者并发症及恢复情况.主要观察指标:①手术时间及失血量.②Cobb角及主弯矫正率.③双肩高度差及住院时间.④随访结果.结果:患者20例均进入结果分析.①手术时间及失血量:手术时间为3.2～4.3 h,平均3.5 h;失血量为660～1 070 mL,平均865 mL.②Cobb角及主弯矫正率:术后主弯平均Cobb角从术前的82°(75o～ 92o)矫正到31°(22°～37°),平均矫正率为62%.③双肩高度差及住院时间:术后脊柱侧位片均显示患者胸腰椎基本恢复正常后凸及前凸,平均双肩高度差为7.5 mm(0～11 mm),患者住院日为8～11 d, 平均9 d.④随访结果:所有患者均获术后4年随访,所有侧凸主弯矫正角度未发生丢失,固定节段全部融合,无断钉、断棒发生.结论:单纯后路椎弓根螺钉内固定材料置入并植骨融合术能有效治疗主弯在75o～92o,柔韧性≥ 20%的重度僵硬性青少年特发性脊柱侧凸.
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分叉钢板置入治疗髋臼后壁骨折的生物力学分析
目的:国外已有分叉钢板的力学性能研究,但其运用的骨折模型为同心圆型粉碎骨折模型.本组实验运用生物力学方法观察分叉钢板治疗髋臼后壁骨折的力学特征.方法:实验于2005-11/12在上海大学上海生物力学工程研究所完成.①材料:选取9具经防腐保湿处理成人骨盆,由苏州大学医学院解剖教研室提供,死者生前自愿捐献遗体,家属均知情同意.内固定钢板由常州市康辉医疗器械有限公司提供.②分组:髋臼后壁范围为从髋臼顶点至髋臼后壁与坐骨枝相交处,将其等分为两部分,上部为A区,下部为B区.将骨盆从中锯开分成两个髋关节,共18个髋关节,随机分为A区截骨组,B区截骨组,A,B区截骨组,每组6个.其中3个髋关节采用6孔髋臼重建钢板固定,另外3个髋关节采用重建钢板+分叉钢板固定.截骨厚度为髋臼后缘至坐骨切迹之间厚度的1/2.③测试方法及评估指标:采用WE-5型万能材料试验机,从150 N开始等级加载至600 N,加载速率为1.4 mm/min,髋臼和股骨头按常规布置岛精度小标距应变片,骨块移位由高精度精显光栅位移计测定,应变由YJ-14数显应变仪记录.结果:①600 N载荷下,各组重建钢板+分叉钢板固定后,分离位移和应变均低于重建钢板固定(P＜0.05).②600 N载荷下,采用分叉钢板固定的平均强度和平均轴向刚度较重建钢板组分别高出13%和10%,差异有显著性意义(P＜0.05).③B区骨折模型的平均强度和平均轴向刚度也较A区和AB区骨折模型大.结论:通过生物力学实验证实了分叉钢板的使用可增加髋臼后壁骨折的内固定强度,尤其适合后壁粉碎骨折的固定.
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全髓关节置换骨水泥注入前后无创血流动力学参数监测
目的:观察全髋关节置换应用骨水泥充填前后心脏和外周血管功能的变化,并比较无创心功能监测仪与传统肺动脉漂浮导管监测血流动力学指标变化的作用及差异.方法:选择2006-03/2007-07沈阳市骨科医院收治的心功能I-Ⅱ级,择期行全髋关节置换60例患者,分为骨水泥组30例和非骨水泥组30例.全部采用连续硬膜外麻醉,右侧颈内静脉穿刺,放置动脉漂浮导管,连接监测仪,监测心输出量、外周血管阻力.多功能监护仪监测心电图,动脉血压,脉搏氧饱和度.连接无刨血流动力学监测仪,测定心输出量、外周血管阻力、心脏加速度指数、胸腔液体总量等血流动力学参数.同时做血气分析,测定动脉血氧分压、氧饱和度、二氧化碳分压.结果:[1]骨水泥组动脉血氧分压、动脉血氧饱和度、收缩压和舒张压在注入骨水泥后10,15 min时显著下降(P<0.05).动脉血二氧化碳分压没有明显变化.[2]两种方法监测骨水泥组注入骨水泥后10,15 min 的心输出量、外周血管阻力均低于注入骨水泥前(P<0.05).胸腔液体总量在注入骨水泥后10,15 min 高于注入骨水泥前(P<0.05).[3]在各时间点通过肺动脉漂浮导管和无创血流动力学检测系统测定心输出量值和外周血管阻力均有很好的偏性和相关性(P<0.05).结论:全髋关节置换应用骨水泥充填对心脏收缩功能及外周血管功能有明显的抑制作用.无创血流动力学检测系统与肺动脉漂浮导管所测得血流动力学参数在每个时间点都具有很好的偏性和相关性.
