骨质疏松人工骨模块中膨胀式椎弓根螺钉与骨水泥强化螺钉稳定性的比较研究

目的:比较膨胀式椎弓根螺钉(expansive pedicle screw,EPS)与骨水泥强化螺钉(polymethylmethacrylate-augmented pedicle screw,PMMA-PS)在骨质疏松人工骨模块中的稳定性。方法:30块骨质疏松人工骨模块随机分为3组(n=10),普通椎弓根螺钉(conventional pedicle screw,CPS)组:直接置入CPS;PMMA-PS组:先向钉道内注入PMMA,再置入CPS;EPS组:直接置入EPS。24 h后进行X线及CT检查和轴向拔出实验、并测量最大拔出力(maximum pullout strength,Fmax)和能量吸收值(energy absorbed value,EAV),然后观察模块的破坏情况、并测量出口处直径(diameter of hole,DOH)。结果:CPS组中螺钉被人工骨材料直接包裹,PMMA-PS组中PMMA严密包裹螺钉,明显提高了螺钉周围的密度;EPS组中螺钉的前端在模块内膨胀形成一个"爪状"结构。CPS组、PMMA-PS组和EPS组的Fmax分别为(48.50±9.22)、(217.40±62.15)N和(84.50±11.36)N。PMMA-PS组和EPS组的Fmax均明显高于CPS组(P=0.000,P=0.038),而EPS组的Fmax明显低于PMMA-PS组(P=0.000),差异均具有统计学意义;CPS组、PMMA-PS组和EPS组的EAV分别为(0.11±0.04)、(0.41±0.08)J和(0.18±0.06)J,PMMA-PS组和EPS组的EAV均明显高于CPS组(P=0.000,P=0.016),而EPS组的EAV明显低于PMMA-PS组(P=0.000),差异均具有统计学意义。螺钉拔出后,PMMA-PS组的破坏最为严重,EPS组其次,CPS组的破坏最小。CPS组、PMMA-PS组和EPS组的DOH分别为(8.40±0.86)、(13.85±1.63)mm和(10.29±1.15)mm,PMMA-PS组和EPS组的DOH均明显大于CPS组(P=0.000,P=0.002),而EPS组的DOH明显小于PMMA-PS组(P=0.000),差异均具有统计学意义。结论:EPS和PMMA-PS均可以明显提高螺钉在骨质疏松人工骨模块中的稳定性,尽管EPS提高螺钉稳定性的效果不如PMMA-PS,但它为预防临床上骨质疏松条件下螺钉松动和避免传统方法中使用PMMA的诸多风险提供了一个新的研究方向。

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最大轴向拔出力(F_(max))。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F_(max)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F_(max)比较差异均无统计学意义(P>0.05),但注射2.0ml PMMA组的F_(max)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F_(max)差异无统计学意义(P>0.05);A1组中F_(max)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F_(max)明显低于D1组(P=0.026)外,其余相同剂量PMMA组间比较F_(max)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。

新型Y型椎弓根螺钉在骨质疏松人工骨模块下的生物力学研究

目的评价新型设计的Y型椎弓根螺钉(Y type pedicle screw,YPS)在骨质疏松人工骨模块(简称"模块")中的生物力学稳定性。方法将模块随机分成3组(n=20),用手钻垂直钻入模块中,制备直径3.0 mm、深30.0 mm的钉道。分别将YPS、膨胀式椎弓根螺钉(expansive pedicle screw,EPS)、中空骨水泥椎弓根螺钉(bone cement-injectable cannulated pedicle screw,CICPS)打入已制备好钉道的各组模块中。12 h后行X线检查,并在E10000万能材料试验机上分别对YPS组、EPS组、CICPS组进行生物力学稳定测试,记录最大轴向拔出力、最大旋出力和周期抗屈最大载荷。结果 X线片观察示,YPS组主钉和中芯钉均被周围的聚氨酯材料包绕,中芯钉从主螺钉的中下1/3穿出后,与主钉形成15°夹角,插入的中芯钉最低点与主螺钉位于同水平线上;EPS组螺钉尖端明显膨胀,形成爪型结构;CICPS组骨水泥主要分布于螺钉前部,在骨小梁中弥散,形成稳固的"螺钉-骨水泥-骨小梁"复合体。生物力学检测示,YPS、EPS、CICPS组的最大轴向拔出力分别为(98.43±8.26)、(77.41±11.41)、(186.43±23.23)N,最大旋出力矩分别为(1.42±0.33)、(0.96±0.37)、(2.27±0.39)N/m,周期抗屈试验的最大载荷分别为(67.49±3.02)、(66.03±2.88)、(143.48±4.73)N。CICPS组各指标均明显高于YPS组和EPS组,差异有统计学意义(P<0.05);YPS组最大轴向拔出力和最大旋出力矩显著高于EPS组,差异有统计学意义(P<0.05),但YPS组和EPS组间比较最大载荷差异无统计学意义(P>0.05)。结论相比于EPS,YPS能有效提升其在模块中的最大轴向拔出力和最大旋出力,为骨质疏松条件下的螺钉设计和不同固定方式选择提供了新思路。