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。