膨脹式椎弓根螺釘生物力學(xué)和釘?shù)绤?shù)研究.pdf

1、目前，椎弓根螺釘固定技術(shù)得到了很大的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于治療脊柱退行性病變、椎體骨折、畸形、骨轉(zhuǎn)移瘤等疾病。但當(dāng)骨一螺釘界面的把持力不夠或術(shù)后承載負(fù)荷過大時，均易造成椎弓根螺釘?shù)乃蓜踊虬纬觯绕涫窃诠琴|(zhì)疏松的患者中這種現(xiàn)象更為常見。通常的翻修手術(shù)多采用增加椎弓根螺釘直徑、長度，或在原釘?shù)纼?nèi)充填骨粘合劑等方法，但實踐證明上述方法在臨床應(yīng)用中均有其明顯的局限性。為解決這一臨床問題，我們根據(jù)機械膨脹原理，設(shè)計出膨脹式椎弓根螺釘(expansi

2、vepediclescrew，EPS)。EPS螺釘?shù)奶攸c是在不增加椎弓根處螺釘直徑的情況下，使椎體內(nèi)的螺釘直徑加大，螺釘與周圍骨質(zhì)接觸面成角增加，從而使剪切應(yīng)力增加，抗拔出能力增強，開創(chuàng)了脊柱內(nèi)固定領(lǐng)域的一種新思維。本研究對膨脹式螺釘進行了一系列生物力學(xué)和釘?shù)绤?shù)的測試，為其臨床應(yīng)用提供更為充分的依據(jù)。
　　本課題進行了以下三方面的研究：1）本實驗采用將新鮮小牛腰椎制成滑脫模型，用兩組椎弓螺釘及兩根鈦棒進行固定，固定后用PMMA將

3、標(biāo)本兩端包埋于特制夾具中，用MTS880試驗機，以1赫茲的頻率給予1.2-12KN的周期載荷3000次，再將標(biāo)本取出分別于力學(xué)試驗機上行軸向拔出試驗，以評價負(fù)載條件下膨脹式椎弓根螺釘?shù)墓潭◤姸取?）EPS螺釘與普通螺釘相比普通非膨脹螺釘?shù)娘@著特點是其具有中空的結(jié)構(gòu)，可能會對其強度產(chǎn)生一定的影響，本實驗利用椎體全切模型測試成組EPS螺釘?shù)哪推趶姸?。螺釘植入體內(nèi)后其頸部由于應(yīng)力集中的原因與其它部位相比會承受更大的剪切力，故此處發(fā)生斷裂的可

4、能性更大，本實驗利用特制夾具測試螺釘頸部的機械強度。3）EPS螺釘植入椎體后其前端會發(fā)生膨脹，后期如需取出螺釘時其膨脹部位因已有骨質(zhì)難以閉合，此時如將螺釘旋出就可能損傷椎弓根。本實驗利用新鮮尸體腰椎標(biāo)本在植入螺釘后和旋出螺釘（EPS螺釘以膨脹狀態(tài)旋出）后分別進行顯微CT掃描及3D重建，測量其各部位參數(shù)。
　　加載前后EPS螺釘?shù)淖畲筝S向拔出力均顯著高于SINO和UPS螺釘（P＜0.05）。加載前后EPS螺釘?shù)淖畲筝S向拔出力之間的差

5、異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），而SINO和UPS螺釘?shù)淖畲筝S向拔出力在加載前后的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。
　　在超高分子聚乙烯材料上對螺釘進行100萬次的周期載荷疲勞實驗完成后短尾型EPS螺釘、萬向型EPS螺釘和SINO螺釘均未發(fā)生疲勞現(xiàn)象。在機械強度的測試中，固定型EPS螺釘在置入內(nèi)栓的情況下，螺釘頸部所能承受的最大剪切力與SINO螺釘相比的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），而萬向型EPS螺釘頸部所能承受的最大剪切

6、力與SINO螺釘相比的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），但足以承受上半身的載荷。
　　在螺釘釘?shù)赖臏y試中，分別測量椎體的4個部位的釘?shù)乐睆剑鹤倒敳?、中部、底部和椎體段。結(jié)果提示螺釘旋出前膨脹式椎弓根螺釘膨脹部的最大直徑平均增大1.11±0.13mm。螺釘旋出后EPS螺釘在各部位的釘?shù)乐睆脚cSINO螺釘?shù)牟町愑薪y(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），但EPS螺釘在椎弓根各處的釘?shù)乐睆奖葒俗倒幍膶挾刃　?br>　　本研究證實：膨脹式椎弓

7、根螺釘不僅初始固定強度較普通螺釘高，而且其加載后的固定強度亦高于普通非膨脹螺釘，這一結(jié)果進一步證實膨脹式椎弓根螺釘在固定穩(wěn)定性方面較普通非膨脹螺釘具有明顯的優(yōu)越性。在測試成組螺釘耐疲勞特性和螺釘頸部機械強度的實驗中，在植入釘芯的情況下，EPS螺釘與普通螺釘相比其耐疲勞特性和頸部的抗折彎強度并無明顯降低，證實EPS螺釘并未因其中空結(jié)構(gòu)而使耐疲勞特性和頸部抗折彎強度明顯降低。在螺釘釘?shù)赖臏y試中，于膨脹狀態(tài)旋出螺釘后其形成的釘?shù)乐睆剑c國人腰