骨质疏松对椎弓根螺钉稳定性影响的实验研究

目的评价不同骨质疏松程度条件下,椎弓螺钉的稳定性,为椎弓根内固定在合并有骨质疏松症的患者中的选用提供力学理论基础。方法采用新鲜尸体脊柱标本,根据骨密度检测结果,按临床诊断标准分成骨质正常、骨量减少、骨质疏松和重度骨质疏松四个水平。然后,每个骨密度水平,植入普通椎弓根螺钉24枚,进行螺钉轴向拔出实验,测定最大拔出力、刚度和能量吸收值三项指标,对所测指标进行骨密度水平间的对比分析。结果骨密度水平从正常下降到重度疏松程度,最大拔出力、刚度均随之下降,组间比较均存在显著性差异(P<0.05)。正常骨密度水平的能量吸收值显著高于骨质疏松、重度疏松(P<0.05),但与骨量减少水平相比并无统计学差异(P>0.05)。另外,骨量减少水平的能量吸收值显著性高于重度骨质疏松水平(P<0.05),但与骨质疏松水平相比较无显著性差异(P>0.05)。结论反映椎体骨质质量的骨密度是决定椎弓根螺钉稳定性的重要因素。

骨质疏松绵羊腰椎膨胀式椎弓根螺钉与骨水泥强化椎弓根螺钉固定稳定性的动态比较研究

目的：比较骨质疏松绵羊腰椎膨胀式椎弓根螺钉（expansive pedicle screw,EPS）与骨水泥强化椎弓根螺钉（polymethylmethacrylate-augmented pedicle screw,PMMA-PS）固定的动态稳定性。方法：8只健康成年雌性绵羊,体重55.7±5.6kg,年龄5.5±0.7岁。行双侧卵巢切除术（去势手术）后1个月开始连续肌肉注射甲基强的松龙（0.45mg/kg/d）10个月,在建模前、激素注射结束后1个月（建模后）测量绵羊腰椎的骨密度（bone mineral density,BMD）,BMD显著下降（〉25%）时为骨质疏松动物模型成功建立。建模后将每只骨质疏松绵羊腰椎（L1-L6）随机分为3组,每组2个腰椎。普通椎弓根螺钉（conventional pedicle screw,CPS）组,直接拧入CPS;PMMA-PS组,向钉道内注入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA,1.0ml）后拧入CPS;EPS组,直接拧入EPS。螺钉置入术后6周和12周各处死4只绵羊,取出腰椎,剔除标本周围软组织,自各椎间盘处离断,游离成单个椎体。每个腰椎随机选择一侧的螺钉行轴向拔出实验,将椎体固定于MTS 858生物材料实验机上,沿椎弓根螺钉长轴方向以5mm/min的加载速度进行轴向拔出实验,测量螺钉的最大轴向拔出力（the maximum pullout strength,Fmax）和能量吸收值（energy absorbed value,EAV）。结果：建模前、后绵羊腰椎的BMD分别为1.14±0.10g/cm^2和0.83±0.07g/cm^2,建模后BMD显著下降（P〈0.05）,平均为27.2%（25.4%-28.9%）,骨质疏松绵羊模型成功建立。置钉术后6周EPS组和PMMA-PS组的Fmax分别为1252.13±203.51N和1426.38±235.75N,EAV分别为2.48±0.45J和2.84±0.55J,均显著高于CPS组（827.88±139.22N和1.66±0.30J）（P〈0.05）;置钉术后12周EPS组和PMMA-PS组的Fmax分别为1518.88±256.81N和1472.75±248.65N,EAV分别为3.09±0.59J和2.95±0.60J,均显著高于CPS组（906.63±152.50N和1.80±0.35J）（P〈0.05）;置钉术后6周、12周EPS组的Fmax和EAV与PMMA-PS组比较差异均无统计学意义（P〉0.05）。置钉术后12周CPS组和PMMA-PS组的Fmax和EAV与同组置钉术后6周比较无显著性变化（P〉0.05）,置钉术后12周EPS组的Fmax和EAV较同组置钉术后6周均有显著性提高（P〈0.05）。结论：与CPS相比,EPS可显著提高螺钉在骨质疏松绵羊腰椎中的稳定性,并达到了与临床常用的PMMA-PS近似的固定效果。

骨质疏松尸体腰椎中膨胀式椎弓根螺钉与骨水泥强化椎弓根螺钉固定稳定性的比较研究

目的:比较骨质疏松尸体腰椎膨胀式椎弓根螺钉(expansive pedicle screw,EPS)固定与骨水泥强化椎弓根螺钉(polymethylmethacrylate-augmented pedicle screw,PMMA-PS)固定的稳定性。方法:16个腰椎标本取自4具新鲜尸体的脊柱(L1~L4)。年龄51~78岁,平均63岁,其中女性3具,男性1具。所有标本经X线检查排除畸形、骨折等病变,其中1个腰椎因严重畸形被剔除。测量各椎体的骨密度值(bone mineral density,BMD)后,将15个椎体随机分为3组。采用相同方法制备钉道,普通椎弓根螺钉(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。置钉后24h,对标本进行X线检查和CT扫描,观察螺钉位置及骨水泥分布情况;然后将椎体固定于MTS 858上,沿椎弓根螺钉的长轴方向以10mm/min的加载速度进行拔出实验,测量螺钉的最大轴向拔出力(the maximum pullout strength,Fmax)和能量吸收值(energy absorbed value,EAV)。结果:所有腰椎的BMD均小于0.8g/cm2,T值为-3.5^-2.5,均为骨质疏松椎体,3组之间BMD的差异无统计学意义(P>0.05)。X线检查和CT重建显示各组螺钉位置均良好,PMMA-PS组中未见PMMA渗漏现象;CPS组螺钉被周围的骨质直接包绕;PMMA-PS组螺钉被PMMA所包裹,PMMA存在于螺钉周围的骨质中,在椎体内形成了"纺锤样"结构;EPS组螺钉的前端在椎体内明显膨胀,形成了"爪状"结构。CPS组、PMMA-PS组和EPS组的Fmax分别为751.50±251.37N、1521.70±513.27N和1175.20±396.51N,PMMA-PS组和EPS组均显著高于CPS组(P<0.001,P=0.026),而PMMA-PS组和EPS组之间的差异无统计学意义(P=0.064)。CPS组、PMMA-PS组和EPS组的EAV分别为1.47±0.51J、3.09±0.93J和2.46±0.69J,PMMA-PS组和EPS组均显著高于CPS组(P<0.001,P=0.005),而PMMA-PS组和EPS组之间的差异无统计学意义(P=0.067)。结论:EPS可显著提高骨质疏松腰椎内椎弓根螺钉的稳定性,达到了与传统PMMA强化椎弓根螺钉接近的固定强度,具有良好的临床应用前景。

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。

两种椎弓根螺钉钉道强化技术在骨质疏松绵羊椎体的应用

目的应用绵羊骨质疏松椎体标本比较两种骨水泥强化技术对椎弓根螺钉固定强度的影响。方法经体外脱钙建立绵羊骨质疏松椎体标本40节,完全随机分为A组(单纯螺钉组);B组(低剂量整体强化组);C1组(低剂量局部强化组);C2组(高剂量局部强化组)。骨密度(bone mineral density,BMD)检测;螺旋CT及MicroCT的影像学观察;测试最大轴向拔出力(Fmax)及能量吸收值(E)。结果各组BMD下降约25%～30%(P>0.05),成功建立骨质疏松椎体模型。影像学观察:B组螺钉完全被骨水泥包裹,形成"骨-骨水泥-螺钉"界面;C2组螺钉周围骨水泥呈局部对称分布,形成"骨-螺钉"和"骨-骨水泥-螺钉"的共存界面。B,C1,2组椎体的Fmax及E均显著高于A组(P<0.05);B,C2组椎体的Fmax及E均明显高于C1组(P<0.05);B,C2组椎体间Fmax及E无显著性差异(P>0.05)。结论钉道整体强化及局部强化技术均能显著提高骨质疏松情况下椎弓根螺钉的固定强度;钉道局部强化技术通过提高注射剂量,可以达到与整体强化技术相近的强化效果。

不同弹性模量膨胀式椎弓根螺钉在骨质疏松生物力学实验模块中的比较研究

目的比较两种不同弹性模量膨胀式椎弓根螺钉在骨质疏松生物力学实验模块中的稳定性。方法 30块骨质疏松生物力学实验模块随机分为3组。采用相同方法制备钉道后,普通椎弓根螺钉(CPS)组拧入CPS,弹性模量110 GPa;普通膨胀式椎弓根螺钉(H-EPS)组拧入EPS,弹性模量110 GPa;低弹性模量膨胀式椎弓根螺钉(L-EPS)组拧入L-EPS,弹性模量42 GPa。对所有标本进行X线检查,然后行轴向拔出实验。待螺钉拔出后观察各组中的破坏情况,并测量各组中出口处的直径(D)。结果 X线检查显示,CPS、EPS和L-EPS各组中,螺钉均被周围PU材料紧密包绕,同时EPS组和L-EPS组螺钉的前端在模块内明显膨胀,形成一个"爪状"结构。EPS组和L-EPS组螺钉的稳定性均强于CPS组(P<0.05),螺钉拔出后,EPS组和L-EPS组的直径均高于CPS组(P<0.05),但是,无论是稳定性还是直径,在EPS组和L-EPS组之间差异无统计学意义。结论 EPS和L-EPS都可以显著提高螺钉在骨质疏松生物力学实验模块中的稳定性,同时二者无差异。

重度骨质疏松条件下椎弓根螺钉内固定的可靠性研究

目的评价重度骨质疏松条件下椎弓根螺钉的稳定性,为椎弓根内固定在合并有重度骨质疏松症的患者中的选用提供力学理论基础。方法采用新鲜尸体脊柱标本,检测骨密度后,根据诊断标准,选用正常骨质的2具尸体标本、重度骨质疏松的4具尸体标本,分离T12-L5节段成单个椎体以备后用;然后在骨质正常椎体置入椎弓根螺钉12枚作对照组;在重度骨质疏松水平,分单纯置入椎弓根螺钉（pedicle screw,PS）、经磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement,CPC）强化钉道后置入椎弓根螺钉、经聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate,PMMA）强化钉道后置入椎弓根螺钉三种方法置钉,依次为PS组、CPC/PS组和PMMA/PS组,进行螺钉轴向拔出实验,测最大拔出力、刚度和能量吸收值,对所测指标进行组间对比分析。结果重度疏松条件下,PS组、CPC/PS组和PMMA/PS各组最大拔出力、刚度、能量吸收值均显著低于对照组（P〈0.005）;但是,PMMA/PS组三项指标均显著高于PS组、CPC/PS组（P〈0.001）;PS组、CPC/PS组之间比较仅最大拔出力存在显著性差异（P〈0.05）,刚度与能量吸收值差异无统计学意义（P〉0.05）。结论重度骨质疏松条件下,椎弓根螺钉固定强度明显下降,不宜单纯应用普通椎弓根螺钉行脊柱内固定治疗,采用普通骨水泥强化钉道后置钉可以提高椎弓根螺钉稳定性。

骨质疏松尸体椎体中可灌注骨水泥椎弓根螺钉和可膨胀式椎弓根螺钉的生物力学研究

目的比较可灌注骨水泥椎弓根螺钉(FPS)和可膨胀式椎弓根螺钉(EPS)在骨质疏松尸体椎体中的生物力学差异。方法选取老年骨质疏松尸体5具,共30个椎体。将所有标本一侧椎弓根置入FPS,并统一灌注骨水泥1.5 m L,设为FPS组。将另一侧椎弓根分为EPS组和普通椎弓根螺钉(CPS)组,分别进行轴向拔出实验。比较最大轴向拔出力、刚度、能量吸收值。结果 FPS组、EPS组、CPS组最大轴向拔出力比较有显著差异(P<0.05)。FPS组、EPS组及CPS组的刚度分别为(222.700±31.887)、(194.933±15.309)及(166.933±26.185)N/mm,差异有统计学意义(P<0.05)。FPS组、EPS组及CPS组的能量吸收值分别为(2.851±0.410)、(2.043±0.378)及(1.188±0.340),差异有统计学意义(P<0.05)。结论在骨质疏松条件下,FPS和EPS均能够显著增加内固定的稳定性,但以FPS的生物力学稳定性为佳。

骨密度对膨胀式椎弓根螺钉固定强度影响的力学研究

目的评价不同骨质疏松条件下膨胀式椎弓根螺钉(expansive pedicle screw,EPS)的稳定性,为其应用于合并有骨质疏松症的患者脊柱手术提供力学理论基础。方法取新鲜尸体脊柱(T12～L5)标本,根据骨密度检测结果,按临床骨质疏松程度诊断标准分成骨质正常、骨量减少、骨质疏松和重度骨质疏松4个水平,每个水平各2具标本12个椎体。于每个椎体两侧椎弓根分别植入普通椎弓根螺钉(conventional pedicle screw,CPS;CPS组)和EPS(EPS组)。采用AG-IS万能材料试验机,以5 mm/min匀速加载进行螺钉轴向拔出试验,测定最大拔出力、刚度和能量吸收值。结果两组随骨密度水平下降,最大拔出力及刚度均逐渐下降(P<0.05);CPS组能量吸收值逐渐下降(P<0.05),EPS组能量吸收值除正常骨质与骨量减少间比较、骨质疏松与重度疏松间比较差异无统计学意义(P>0.05)外,其余各密度水平间比较差异均有统计学意义(P<0.05)。同一骨密度水平EPS组最大拔出力均显著高于CPS组(P<0.05);除正常骨质水平外,同一骨密度水平EPS组刚度均显著高于CPS组(P<0.05);除骨量减少水平外,同一骨密度水平两组能量吸收值比较差异均无统计学意义(P>0.05)。骨质疏松水平EPS组最大拔出力、刚度、能量吸收值与骨量减少水平CPS组比较,差异均无统计学意义(P>0.05);但重度骨质疏松水平EPS组以上指标均显著低于骨量减少水平CPS组(P<0.05)。结论与CPS相比,EPS能明显提高固定强度,尤其对于骨量减少或骨质疏松患者。

膨胀式椎弓根螺钉与骨水泥强化方法增强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(polymethylmethacrylate,PM-MA)强化方法在体外增强螺钉稳定性的效果,并观察各方法中的钉道界面情况。[方法]45个新鲜成年绵羊腰椎随机分为3组。CPS组:直接拧入普通椎弓根螺钉;PMMA-PS组:向钉道内注入PMMA后拧入普通椎弓根螺钉;EPS组:直接拧入EPS。24 h后,对所有标本进行轴向拔出实验、X线和micro-CT检查。[结果]EPS组和PMMA-PS组中螺钉的稳定性均显著强于CPS组(P<0.05),而EPS组和PMMA-PS组之间的差异无统计学意义(P>0.05)。X线检查示各组中螺钉位置良好。CPS组中骨组织包裹螺钉,形成"螺钉-骨质"界面;PMMA-PS组中,PMMA包裹螺钉,阻碍了螺钉与骨质的接触,形成了"螺钉-PMMA-骨质"界面;EPS组中,骨小梁直接包裹螺钉,形成"螺钉-骨质"界面。螺钉的前端明显膨胀,形成一个"爪状"结构。螺钉前端胀开的两翼挤压周围骨质,使膨胀部分周围的骨质较非膨胀部分更加致密。[结论]EPS可以显著提高螺钉的稳定性,其效果与目前临床上常用的PMMA强化方法接近。同时,EPS可以有效的避免因增加螺钉直径和使用PMMA可能带来的椎弓根骨折和渗漏、压迫等风险。另外,EPS的置入并不增加手术时间和手术创伤。作为一种有效、安全和操作简便的方法,EPS在临床上的广泛应用具有巨大的潜力。

两种不同方法提高椎弓根螺钉稳定性的体外生物力学研究

目的比较膨胀式椎弓根螺钉（EPS）与骨水泥（PMMA）强化方法在体外提高螺钉稳定性的效果。方法将60个新鲜成年绵羊腰椎随机分为三组。普通椎弓根螺钉组（CPS组）：直接拧入普通椎弓根螺钉;PMMA-PS组：向钉道内注入PMMA（1.0 ml）后拧入CPS;EPS组：直接拧入EPS。24 h后对所有标本进行X线检查,随后进行生物力学实验。结果各组中螺钉位置良好,EPS均膨胀良好。EPS组和PMMA-PS组中螺钉的稳定性均显著强于CPS组（P〈0.05）,而EPS组与PMMA-PS组之间的差异无统计学意义（P〉0.05）。结论 EPS可以显著提高螺钉的稳定性,其效果接近目前临床上常用的PMMA强化方法。同时,EPS可以有效的避免因增加螺钉直径和使用PMMA可能带来的椎弓根骨折和渗漏、压迫等风险。EPS具有广阔的临床应用前景。