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(guò)大時(shí)，均易造成椎弓根螺釘?shù)乃蓜?dòng)或拔出．尤其是在骨質(zhì)疏松的患者中這種現(xiàn)象更為常見(jiàn)。通常的翻修手術(shù)多采用增加椎弓根螺釘直徑、長(zhǎng)度，或在原釘?shù)纼?nèi)充填骨粘合劑等方法，但實(shí)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(wèn)題，我們根據(jù)機(jī)械膨脹原理，設(shè)計(jì)出膨脹式椎弓根螺釘(expansi

2、vepediclescrew，EPS)。EPS螺釘?shù)奶攸c(diǎn)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?chē)琴|(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(qiáng)，開(kāi)創(chuàng)了脊柱內(nèi)固定領(lǐng)域的一種新思維。本研究對(duì)膨脹式螺釘進(jìn)行了一系列生物力學(xué)和釘?shù)绤?shù)的測(cè)試，為其臨床應(yīng)用提供更為充分的依據(jù)。
　　本課題進(jìn)行了以下三方面的研究：1）本實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(yàn)機(jī)，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(yàn)機(jī)上行軸向拔出試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)負(fù)載條件下膨脹式椎弓根螺釘?shù)墓潭◤?qiáng)度。2）EPS螺釘與普通螺釘相比普通非膨脹螺釘?shù)娘@著特點(diǎn)是其具有中空的結(jié)構(gòu)，可能會(huì)對(duì)其強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響，本實(shí)驗(yàn)利用椎體全切模型測(cè)試成組EPS螺釘?shù)哪推趶?qiáng)度。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(huì)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(shí)驗(yàn)利用特制夾具測(cè)試螺釘頸部的機(jī)械強(qiáng)度。3）EPS螺釘植入椎體后其前端會(huì)發(fā)生膨脹，后期如需取出螺釘時(shí)其膨脹部位因已有骨質(zhì)難以閉合，此時(shí)如將螺釘旋出就可能損傷椎弓根。本實(shí)驗(yàn)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(jìn)行顯微CT掃描及3D重建，測(cè)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(wú)統(tǒng)計(jì)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(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。
　　在超高分子聚乙烯材料上對(duì)螺釘進(jìn)行100萬(wàn)次的周期載荷疲勞實(shí)驗(yàn)完成后短尾型EPS螺釘、萬(wàn)向型EPS螺釘和SINO螺釘均未發(fā)生疲勞現(xiàn)象。在機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），而萬(wàn)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(jì)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(cè)試中，分別測(cè)量椎體的4個(gè)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(jì)學(xué)意義（P＜0.05），但EPS螺釘在椎弓根各處的釘?shù)乐睆奖葒?guó)人椎弓根處的寬度小。
　　本研究證實(shí)：膨脹式椎弓

7、根螺釘不僅初始固定強(qiáng)度較普通螺釘高，而且其加載后的固定強(qiáng)度亦高于普通非膨脹螺釘，這一結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)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(cè)試成組螺釘耐疲勞特性和螺釘頸部機(jī)械強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度并無(wú)明顯降低，證實(shí)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(qiáng)度明顯降低。在螺釘釘?shù)赖臏y(cè)試中，于膨脹狀態(tài)旋出螺釘后其形成的釘?shù)乐睆剑c國(guó)人腰