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不同剂量聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥强化骨质疏松人工骨模块中椎弓根螺钉稳定性的研究
目的：比较不同剂量聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥强化骨质疏松人工骨模块中椎弓根螺钉的稳定性，分析螺钉稳定性与PMMA剂量间的关系。方法48块骨质疏松人工骨模块随机分为6组。制备钉道后，A组直接拧入椎弓根螺钉，B～F组：依次向钉道内注入1 ml、2 ml、3 ml、4 ml、5 ml PMMA后拧入椎弓根螺钉。24 h后进行X线检查和轴向拔出实验并测量大轴向拔出力（Fmax）,然后观察螺钉残骸及模块破坏的情况。结果 X线检查示：A组螺钉被周围PU材料所包绕；B～F组螺钉被PMMA严密包绕。生物力学实验表明：与A组相比，B～F组中Fmax的提高程度分别为417.2%、495.9%、636.9%、725.4%和791.5%，差异均具有统计学意义（P<0.05）。B组和C组之间，D组和E组之间，E组和F组之间Fmax的差异均不具有统计学意义（P=0.122, P=0.084，P=0.192），其余各组间的差异均具有统计学意义（P<0.05）。Fmax与PMMA剂量之间存在显著的正相关关系（r=0.882，P<0.05）。螺钉拔出后各组模块均有不同程度的破坏，从A组至F组模块的破坏逐渐增加。结论 PMMA可以显著提高骨质疏松条件下椎弓根螺钉的稳定性，螺钉稳定性随PMMA剂量的增加而提高。但在某个范围内增加PMMA的剂量并不能显著提高螺钉的稳定性，反而会增加PMMA的渗漏风险。本研究中注射3 ml PMMA可以作为合适的选择。
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骨质疏松腰椎标本中不同剂量骨水泥强化椎弓根螺钉稳定性的研究
目的：比较骨质疏松尸体腰椎中不同剂量骨水泥强化椎弓根螺钉的稳定性，分析骨质疏松椎体内螺钉稳定性与骨水泥剂量间的相关关系。方法18个新鲜腰椎标本来自4具新鲜尸体（男性2名和女性2名，平均年龄59岁），测量各椎体的骨密度（BMD）后将18个腰椎标本的36侧椎弓根随机分为6个实验组（A～F组）。相同方法制备钉道后，从A组到F组依次向钉道内注入0 ml、0.5 ml、1.0 ml、1.5 ml、2.0 ml、2.5 ml PMMA后拧入普通椎弓根螺钉。待骨水泥硬化后进行X线检查观察螺钉周围骨水泥的分布情况，随后进行轴向拔出实验并测量大轴向拔出力（F max ）。结果所有腰椎的BMD均小于0.8 g/cm2，T值均介于－3.5～－2.5之间，根据WHO的标准均诊断为骨质疏松椎体，各组中BMD之间的差异无统计学意义（P=0.470）。X线检查示：A组中螺钉被周围骨质包绕；B～F组中PMMA相对均匀的包裹螺钉，从B组到F组螺钉周围PMMA范围逐渐增加。生物力学实验表明：A～F组的Fmax分别为（528.33±109.04）N、（699.50±154.89）N、（868.67±134.77） N、（1141.30±192.42）N、（1448.00±217.56）N和（1624.20±225.50）N。与A组相比，B～F组的F max的提高程度分别为32.40%、64.42%、116.02%、174.07%和207.42%。A组和B组之间，B组和C组之间，E组和F组之间Fmax的差异均不具有统计学意义（P=0.105，P=0.109，P=0.096），其余各组间的差异均具有统计学意义（P＜0.05）。F max与PMMA剂量之间存在显著的正相关关系（Pearson相关系数r=0.919，P＜0.05）。结论 PMMA可以提高骨质疏松腰椎中椎弓根螺钉的稳定性，螺钉稳定性与PMMA剂量成显著的正相关关系。在一定范围内，注射PMMA和增加PMMA的剂量并不能显著增加螺钉的稳定性。我们认为，骨质疏松腰椎中提高螺钉稳定性时注射PMMA的合适剂量是2 ml。
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钉道局部固化与整体固化增强椎弓根螺钉稳定性的体内比较研究
目的 比较钉道局部固化与整体固化在体内增强椎弓根螺钉固定的效果,及观察钉道界面情况.方法 对山羊腰椎一侧行钉道整体同化(对照组);另一侧行钉道局部固化(实验组).6个月后处死山羊,对部分螺钉的钉道界面进行Micro-CT分析及组织学观察;其余进行轴向拔出实验.结果 两组中钉道周围骨小梁数量和稀疏程度未见明显差异;实验组中硫酸钙骨水泥完伞降解,形成良好的骨性愈合,对照组中一些骨髓腔内仍可见残留的未降解材料;大轴向拔出力(Fmax):对照组(943.70±157.32)N,实验组(925.60±141.46)N,两组间差异无统计学意义(P>0.05).结论 钉道局部固化在体内可以提供与整体固化相似的固定强度,同时形成了良好的骨性愈合,更好地保证了螺钉在体内的远期稳定性.
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重度骨质疏松腰椎中椎弓根螺钉稳定性与骨水泥注射剂量的相关性
目的:比较重度骨质疏松腰椎中不同剂量骨水泥强化椎弓根螺钉的稳定性,分析螺钉稳定性与骨水泥剂量间的相关关系及初步探索注射PMMA的合适剂量.方法:18个新鲜腰椎标本来自4具新鲜尸体(男性1名和女性3名,平均年龄65±9岁),测量各椎体的骨密度(bone mineral density,BMD)后将18个腰椎标本的36侧椎弓根随机分为6个实验组(A～F组).相同方法制备钉道后,从A组到F组中,依次向钉道内注入0ml、1.0ml、1.5ml、2.0ml、2.5ml 、3.0ml PMMA后拧入普通椎弓根螺钉.待骨水泥硬化后进行X线检查观察螺钉周围骨水泥的分布情况,随后进行轴向拔出实验并测量大轴向拔出力(the maximum axial pullout strength,Fmax).采用单因素方差分析和LSD检验比较各组中的BMD和Fmax的差异.Fmax和PMMA剂量之间进行相关性分析.结果:所有腰椎的BMD均小于0.6g/cm2,T值均小于-3.5,根据WHO的标准均诊断为重度骨质疏松椎体,各组中BMD之间的差异无统计学意义(P=0.799).A组中,螺钉周围未见任何PMMA;B～F组中,PMMA相对均匀地分布于螺钉周围的骨质中.所有腰椎中螺钉位置良好,均未见明显PMMA渗漏.A～F组的Fmax分别为358.50±86.00N、442.67±96.02N、532.00±103.18N、740.67±120.90N、841.50±133.42N和1111.50±158.57N.与A组相比,B～F组的Fmax的提高程度分别为23.48％、48.40％、106.60％、134.73％和210.04％.A组和B组之间,B组和C组之间,E组和F组之间Fmax的差异均不具有统计学意义(P=0.230,P=0.203,P=0.152),其余各组间的差异均具有统计学意义(P＜0.05).Fmax与PMMA剂量之间存在显著的正相关关系(Pearson相关系数r=0.877,P＜0.05).结论:PMMA可以提高重度骨质疏松腰椎中椎弓根螺钉的稳定性,螺钉稳定性与PMMA剂量成显著的正相关关系.在一定范围内,注射PMMA和增加PMMA的剂量并不能显著增加螺钉的稳定性.生物力学研究表明,重度骨质疏松腰椎中提高螺钉稳定性时注射PMMA的合适剂量是3ml.
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不同骨密度绵羊腰椎模型的椎弓根钉道空间结构及其力学性能
目的:应用MicroCT研究在不同骨密度(BMD)情况下椎弓根钉道骨小梁及钉道外口皮质骨空间结构与椎弓根螺钉轴向拔出力的关系.方法:对40个绵羊腰椎标本应用微量注射泵椎体内外盐酸脱钙方法分别建立4组不同BMD水平的生物力学模型,即A组(正常骨质),B组(骨量减少),C组(骨质疏松),D组(严重骨质疏松),生物力学测试各组椎体椎弓根螺钉的大轴向拔出力(Fmax).应用MicroCT研究各组椎体椎弓根钉道周围骨小梁参数,包括骨小梁厚度(Tb.th)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁间隙(Tb.sp)、骨体积分数(BV/TV)及钉道外口皮质骨的厚度(Cor.th),统计分析其与椎弓根螺钉轴向拔出力的关系.结果:成功建立不同BMD下降程度的生物力学模型,B、C、D组BMD下降分别为19%、28%及37%.生物力学测试示B、C、D组椎体的Fmax较A组显著下降,且有统计学意义(P＜0.05);B、C、D组组间椎体Fmax随BMD下降而下降,各组间具有统计学差异(P＜0.05).MicroCT显示各组椎弓根螺钉钉道空间结构参数随BMD下降而变化,且各组组间参数随脱钙时间的延长而变化,各组间有统计学意义(P＜0.05).相关性分析发现钉道骨质空间结构参数(Tb.th、Tb.N、Tb.sp、BV/TV、Cor.th)、BMD、脱钙时间与Fmax均存在直线相关关系;多元回归方程(y=1185.658×BMD+153.535×Tb.N-247.037×Tb.sp)可预测椎体椎弓根螺钉的Fmax.结论:椎弓根螺钉的大轴向拔出力(Fmax)不仅与椎体BMD的变化密切相关,亦与椎弓根钉道松质骨及皮质骨空间结构参数密切相关.
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硫酸钙骨水泥强化椎弓根螺钉稳定性的体内实验研究
目的:评价硫酸钙骨水泥(calcium sulfate cement,CSC)在动物体内强化椎弓根螺钉稳定性的效果,观察钉道界面及材料吸收的情况.方法:4只健康成年山羊,L2～L5每个椎体的一侧椎弓根直接拧入螺钉(空白组),另一侧填充CSC后拧人螺钉(实验组).3个月后处死山羊,随机选择6个椎体(12个螺钉),对其两侧钉道进行显微CT扫描、骨计量学分析和组织学观察;其余10个椎体(20个螺钉)进行轴向拔出试验.结果:显微CT三维重建及骨计量学分析显示实验组钉道周围骨小梁数量及密度明显优于空白组,差异有统计学意义(P<0.05);组织学观察示实验组钉道周围CSC绝大部分已经降解吸收,大量新生骨组织紧密包裹螺钉,形成良好的钉骨结合,界面明显优于空白组,螺钉周围骨小梁明显较空白组致密,仅有少量骨髓腔内仍可见残留的未降解材料;实验组的大轴向拔出力为914.80±162.88N,能量吸收值1.752±0.214J,空白组为682.50±112.15N和1.437±0.173J,两组间差异均有统计学意义(P<0.05).结论:CSC可以显著增强动物体内椎弓根螺钉的固定强度;随着CSC的降解吸收,大量新骨生成并紧密包绕螺钉,形成良好的钉骨结合,为螺钉在体内的远期稳定性提供了良好的骨质条件.
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骨质疏松人工骨模块中PMMA剂量及分布对螺钉稳定性的影响
目的 比较骨质疏松人工骨模块中聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥剂量对不同侧孔螺钉稳定性的影响,分析螺钉稳定性与PMMA注射剂量及分布的关系.方法 将骨质疏松人工骨模块随机分为A、B、C、D四个螺钉组,每组又随机分为0、1、2、3四个剂量(0、1.0、1.5、2.0ml PMMA)组.采用相同方法制备钉道后,A-C组分别拧入A、B、C三种可注射螺钉并注射不同剂量PMMA,D组向钉道内注射不同剂量PMMA后再拧入普通椎弓根螺钉.X线检查观察螺钉及PMMA分布情况;采用轴向拔出实验测量大轴向拔出力(Fmax).结果 X线检查结果显示,A1-A3组中PMMA包裹螺钉的前1/3,B1-B3组和C1-C3组中PMMA包裹螺钉的中1/3,D1-D3组中PMMA相对均匀地包裹螺钉的全长.两因素方差分析显示,PMMA剂量和分布两个因素对Fmax均有显著影响(P＜0.05),但两个因素之间无明显的相互作用(P=0.877).在相同螺钉组间,注射1.0ml和1.5ml PMMA组、注射1.5ml和2.0ml PMMA组的Fmax比较差异均无统计学意义(P＞0.05),但注射2.0ml PMMA组的Fmax明显高于注射1.0ml PMMA组(P＜0.05).在相同剂量PMMA组间,A0-D0各组间、A2-D2各组间、A3-D3各组间Fmax差异无统计学意义(P＞0.05);A1组中Fmax明显低于D1组(P=0.026),其余各组间差异均无统计学意义(P＞0.05).除A1组Fmax明显低于D1组(P=0.026)外,其余相同剂量PMMA组间比较Fmax差异均无统计学意义(P＞0.05).结论 PMMA可显著提高骨质疏松人工骨中椎弓根螺钉的稳定性,且螺钉的稳定性与PMMA的注射剂量及分布有关.
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新鲜与防腐标本椎体大轴向拔出力的相关研究
目的 通过新鲜与防腐标本椎体大轴向拔出力的测定,探索两者之间的关系或趋势. 方法 选用同一地区、同一种族、同一性别、同一年龄段[(35±1)岁]新鲜标本6具,福尔马林浸泡1、2、3、5、8年的防腐标本,每组各6具,摄X线片除外骨折、肿瘤、结核及先天畸形,取出T10～L5标本,并游离成单个完整椎体,逐一测量骨密度(BMD)后,进行生物力学试验.采用特制夹具,以5mm/min的加载速率测量螺丝钉拧入相同深度时的大轴向拔出力.试验机的载荷信号由计算机数据采集系统记录,并由相应的测试分析软件测出椎体的大轴向拔出力. 结果 (1)骨密度(BMD)与福尔马林浸泡时间呈负相关.(2)大轴向拔出力与福尔马林浸泡时间呈负相关. 结论 福尔马林浸泡时间越长,骨质越疏松,大轴向拔出力下降.
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新型低弹性模量脊柱椎弓根螺钉的研制及生物力学特性
背景:常用的骨水泥强化椎弓跟螺钉能提高螺钉固定能力,但是骨水泥渗漏、螺钉取出困难等问题一直未得到有效的解决.目的:探讨新型低弹性模量脊柱椎弓根螺钉的研制方法及生物力学特性.方法:将人完整脊柱标本椎体取一侧椎弓根植入新型低弹性模量脊柱椎弓根螺钉,采用骨水泥推杆、灌注筒在X射线下向椎体内灌注2 mL骨水泥,对侧植入常规螺钉对照.所有椎体分别进行3点弯曲实验、大轴向拔出力、大旋出力矩及周期抗屈实验.结果与结论:①生物力学特性:新型低弹性模量螺钉与常规螺钉在屈服载荷上差异无显著性意义(P＞0.05),与常规螺钉相比,新型低弹性模量螺钉屈服位移增加,大拔出力,大旋出力矩,大载荷均高于常规螺钉(P＜0.05),位移则显著降低(P＜0.05);②结果提示:新型设计的低弹性模量脊柱椎弓跟螺钉结合骨水泥推杆、灌注筒使用操作简单,避免了骨水泥的渗漏,能提高骨质疏松椎体内的稳定型及生物力学性能,保持脊柱刚度和稳定性,促进脊椎融合.
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PMMA剂量和分布对重度骨质疏松人工骨中椎弓根螺钉稳定性的作用研究
目的 比较骨水泥(PMMA)的不同注射剂量和分布规律对重度骨质疏松(OP)人工骨中可注射螺钉固定强度的作用,分析螺钉固定强度与PMMA注射剂量、分布规律之间的相关关系.方法 重度OP人工骨模块随机分为A(180°-4孔螺钉),B(180°-6孔螺钉),C(180°-间隔4孔螺钉),D(普通椎弓根螺钉)4个螺钉组,每组又随机分为0、1、2、3剂量组(0、2.0、2.5、3.0 mL PMMA).同法制备钉道后,A、B、C组中分别拧入A、B、C 3种可注射螺钉并注射不同剂量PMMA,D组向钉道内注射不同剂量PMMA后再拧入普通椎弓根螺钉.X线检查PMMA分布情况,测量螺钉的大轴向拔出力(Fmax).结果 X线检查显示,A1～A3组中PMMA包裹螺钉的前1/3,B1～B3组和C1～C3组中PMMA包裹螺钉的中1/3,D1～D3组中PMMA相对均匀地包裹螺钉的全长.两因素方差分析显示,PMMA剂量和分布两个因素对Fmax均有影响(P<0.05),但PMMA剂量和分布两者之间无明显的相互作用(P>0.05).在相同螺钉组间,2.0 mL和2.5 mL PMMA组、2.5 mL和3.0 mL PMMA组的Fmax比较差异均无统计学差异(P>0.05),但3.0 mL PMMA组的Fmax高于2.0 mL PMMA组(P<0.05).A1组中Fmax低于D1组(P<0.05),其余相同剂量组间的Fmax比较差异均无统计学意义(P>0.05).结论 PMMA可提高重度OP人工骨中椎弓根螺钉的稳定性,PMMA的剂量及分布对螺钉稳定性有影响.在重度OP人工骨模块中,推荐使用A组的180°-4孔螺钉或B组的180°-6孔螺钉,可注射螺钉注射3.0 mL PMMA来强化螺钉的稳定性.
