后凸成形骨水泥強化技術(shù)對骶骨釘固定強度的生物力學(xué)影響

目的探討骨水泥強化對正常骨密度和嚴重骨質(zhì)疏松兩種骨質(zhì)動力髖螺釘固定穩(wěn)定性的生物力學(xué)影響.方法將48對符合本試驗要求的成年股骨上段標本分成正常骨密度組和嚴重骨質(zhì)疏松組,每組各24對,均制成股骨轉(zhuǎn)子間骨折,動力髖螺釘固定.每對標本中,右側(cè)骨水泥強化,左側(cè)作為對照.標本進行彎曲強度試驗、破壞試驗及扭轉(zhuǎn)強度試驗.結(jié)果彎曲強度試驗中正常骨密度組位移減少(0.3959±0.1311)mm,嚴重骨質(zhì)疏松組位移減少(2.4134±0.1913)mm;破壞試驗中2組負荷升高分別為(149.1935±105.1737)n和(910.5200±174.4108)n;扭轉(zhuǎn)強度試驗中標本順時針方向扭轉(zhuǎn)到8.8nm,2組轉(zhuǎn)角減少分別為(2.7189±0.1274)°和(4.4568±0.3816)°,3種實驗數(shù)據(jù)顯示2組均有統(tǒng)計學(xué)意義,p＜0.05.結(jié)論骨水泥對骨質(zhì)疏松骨折穩(wěn)定性的影響要明顯高于正常骨密度的骨折.

目的:磷酸鈣骨水泥(cpc)強化穿透單側(cè)椎體皮質(zhì)椎體釘固定的生物力學(xué)影響。方法:選用新鮮成人尸體標本16個,實驗組磷酸鈣骨水泥強化后椎體釘穿透單側(cè)椎體皮質(zhì)固定;對照組為無骨水泥強化,螺釘穿透雙側(cè)椎體皮質(zhì)固定。應(yīng)用螺釘拔出實驗,記錄螺釘最大拔出力并觀察椎體破壞形態(tài)。結(jié)果:拉力值cpc組(1393.33±189.37)、對照組(957.42±71.34)差異有顯著性,p<0.01。對照組椎體中螺釘抽出占75%(6/8),螺釘入口處皮質(zhì)破損占25%(2/8)。cpc強化椎體中螺釘入口處皮質(zhì)破損占87.5%(7/8),螺釘抽出占12.5%(1/8)。結(jié)論:cpc強化椎體釘后固定效果更好,增加手術(shù)安全性。

目的:評價磷酸鈣骨水泥(calciumphosphatecement,cpc)對椎弓根螺釘固定的強化作用。方法:在兩組男性尸體椎骨的一側(cè)直接置入椎弓根螺釘作為對照(對照側(cè)),另一側(cè)填入cpc后再置入螺釘作強化固定(強化側(cè)),15min和12h后測定椎弓根螺釘?shù)淖畲筝S向拔出力(fmax),然后用cpc重新固定12h后拔松的椎弓根螺釘并測得其fmax。結(jié)果:強化側(cè)fmax和對照側(cè)比較,15min后提高了55%,12h后提高了83%;重新固定后,兩側(cè)fmax較固定前分別提高了54.2%和63.6%,差別有顯著性意義(wilcoxon's檢驗,p<0.01)。結(jié)論:磷酸鈣骨水泥能強化椎弓根螺釘?shù)墓潭ā?/p>

目的研究行單側(cè)椎弓根穿刺椎體后凸成形術(shù)(pkp)后,骨水泥用量對中間椎體壓縮骨折的骨質(zhì)疏松性五聯(lián)椎體模型的生物力學(xué)影響。方法采用新鮮成年豬脊柱胸腰段五聯(lián)椎體制作中間椎體骨質(zhì)疏松并n度壓縮骨折模型,分為a、b、c、d4組,每組15個標本。a組不行pkp術(shù),b、c、d組行經(jīng)單側(cè)(右側(cè))穿刺pkp術(shù),注人骨水泥量分別為傷椎體積的15%、25%、35%,記錄骨水泥滲漏情況。手術(shù)24h后應(yīng)用電子力學(xué)實驗機測試各脊柱單元的極限抗壓強度及剛度;b、c、d組繼續(xù)加壓直至出現(xiàn)兩處新發(fā)椎體骨折(傷椎除外),并記錄新發(fā)骨折椎體的位置。結(jié)果b、c、d組脊柱單元強化后的剛度分別為(234±8)n/mm、(259±12)n/mm、(294±13)n/mm,均優(yōu)于a組的(204±12)n/mm,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05)b、c、d組強化后的脊柱單元極限抗壓強度分別為(3428±96)n、(3134±86)n、(2615±90)n,均大于a組的(1758±55)n,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05);b、c、d組分別有17、21、27個新發(fā)椎體骨折位于強化椎相鄰位置,且分別有1、3、11個脊柱單元發(fā)生骨水泥滲漏,組間差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05)。結(jié)論pkp可有效恢復(fù)骨折椎體的力學(xué)性能,使其剛度及極限抗壓強度得到明顯改善;但強化椎鄰近椎體的應(yīng)力在pkp術(shù)后較術(shù)前有明顯增加,使椎體極限抗壓強度下降,骨水泥用量是導(dǎo)致強化椎鄰近椎體骨折的因素之一。

目的:比較用磷酸鈣骨水泥(cpc)與聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)骨水泥強化修復(fù)股骨粗隆間骨折動力髖螺釘(dhs)內(nèi)固定失敗的生物力學(xué)性能。方法:15例老年人骨質(zhì)疏松股骨標本,制成evansⅲ型骨折模型,隨機分成3組,每組5例,一組為對照組(正常dhs固定),另兩組再制成dhs內(nèi)固定失敗模型,分別應(yīng)用cpc強化和pmma強化dhs固定修復(fù),然后對標本進行生物力學(xué)測試。結(jié)果:pmma組的軸向剛度、剪切剛度、抗扭轉(zhuǎn)強度均比對照組大,其中軸向剛度與對照組相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義(p>0.05),剪切剛度、抗扭轉(zhuǎn)強度與對照組比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(p0.05)。結(jié)論:從兩種骨水泥的生物力學(xué)特性角度看,采用pmma比cpc強化修復(fù)dhs松動失敗更有一定的優(yōu)勢。

目的:利用骨質(zhì)疏松腰椎三維有限元模型,評價后凸成型術(shù)(percutaneouskyphoplasty,pkp)對治療節(jié)段和相鄰非治療節(jié)段椎體生物力學(xué)影響。方法:選取青壯年男性正常人體脊柱標本1具,范圍為l1~l2,建立l1~l2的三維脊柱功能單位(functionalspinalunit,fsu)的骨質(zhì)疏松有限元模型。模擬經(jīng)皮穿刺椎體后凸成形術(shù)(pkp)過程在l2椎體中置入骨水泥,分析軸向壓縮、前屈和后伸3種加載狀態(tài)下手術(shù)前后治療節(jié)段和相鄰非治療節(jié)段椎體應(yīng)力和應(yīng)變的變化。結(jié)果:骨水泥對鄰近椎體生物力學(xué)的影響極小,但治療節(jié)段椎體增強區(qū)域的應(yīng)力增加和應(yīng)力分布變化明顯。結(jié)論:三維有限元分析表明骨水泥能增強治療節(jié)段的總體強度和剛度水平,有利于椎體功能的重建。但隨后的鄰近椎體骨折可能歸因于潛在的病因?qū)W(骨質(zhì)疏松)而不是外科手術(shù)的干預(yù)。

目的評估骨質(zhì)疏松情況下genex骨水泥強化椎弓根釘?shù)墓潭◤姸取７椒☉?yīng)用微量注射泵對30個新鮮小牛腰椎標本注射稀鹽酸建立骨質(zhì)疏松椎體模型。60個椎弓根分為四組:genex骨水泥組,硫酸鈣骨水泥(csc)組,聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(pmma)組,對照組。隨機選擇一側(cè)注射2.5ml骨水泥,然后置入螺釘;另一側(cè)行正常螺釘固定對照,應(yīng)用材料試驗機進行軸向拔出力測試,記錄各組的軸向最大拔出力和能量吸收值并進行比較。結(jié)果genex組與csc組兩組拔出力及能量吸收值比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(p>0.05),兩組均顯著低于pmma組(p<0.05),兩組均顯著高于對照組(p<0.05)。結(jié)論genex骨水泥強化椎弓根釘可顯著提高椎弓根固定強度,genex骨水泥可用作椎弓根強化螺釘?shù)奶畛洳牧稀?/p>

目的觀察磷酸鈣骨水泥(cpc)強化螺釘固定的生物力學(xué)和組織學(xué)變化,為cpc應(yīng)用于臨床提供理論依據(jù)。方法在8只雜種犬脛骨上段、股骨下段制作松質(zhì)骨螺釘植入的動物模型,實驗組注入可吸收cpc后再旋入螺釘,對照組則不添加強化材料,分別于術(shù)后2、4、6和8周處死動物,觀察螺釘拔出的生物力學(xué)和組織學(xué)變化。結(jié)果cpc強化的螺釘拔出力隨術(shù)后時間的延長而升高;cpc-骨界面結(jié)合緊密,并且隨時間延長出現(xiàn)cpc降解和骨長入。結(jié)論cpc表現(xiàn)出良好的生物可相容性、可吸收性、骨傳導(dǎo)性;cpc強化能明顯提高松質(zhì)骨螺釘植入體內(nèi)的初始穩(wěn)定性,強化效應(yīng)隨體內(nèi)植入時間延長而逐漸增強。

目的評價新型絲攻結(jié)合骨水泥(pmma)增強椎弓根螺釘穩(wěn)定性的效果。方法選取34個新鮮小牛腰椎,每個椎體的一側(cè)椎弓根直接擰入螺釘(空白組);另一側(cè)將pmma(2.0ml)經(jīng)新型絲攻注入釘?shù)篮髷Q入螺釘(實驗組)。24h后行軸向拔出實驗和周期抗屈實驗。結(jié)果實驗組中螺釘?shù)淖畲筝S向拔出力和能量吸收值均顯著高于空白組(p<0.05);實驗組中的螺釘能夠耐受更大的負荷或者在同等負荷下產(chǎn)生較小的位移。結(jié)論新型絲攻結(jié)合pmma可以顯著增加椎弓根螺釘固定的穩(wěn)定性。

目的:驗證椎弓根螺釘植入時添加可吸收骨水泥αbsmtm對螺釘初始穩(wěn)定性的影響。方法:采用6具人體新鮮腰椎標本,共16個椎體(l3～l5),將椎弓根螺釘分別置入兩側(cè)椎弓根,隨機在一側(cè)加α-bsmtm,測試螺釘最大軸向拔出力(f-max)和螺釘拔出過程中達到最大軸向拔出力時的能量吸收(e-f-max)及螺釘拔出一個螺距(2.0mm)時的能量吸收(e-2mm)。結(jié)果:同未加α-bsmtm組相比較,椎弓根螺釘最大軸向拔出力f-max在加入α-bsmtm后,由370n提高到665n,增加了80%。e-f-max和e-2mm也分別增加了83%和68%,差別有統(tǒng)計學(xué)顯著意義(wilcoxon’s檢驗,p<0.01)。最大軸向拔出力f-max(加和不加α-bsmtm)與椎體松質(zhì)骨的骨密度(bmd)緊密相關(guān)(r=0.9585,0.9056,p<0.05)。結(jié)論:在椎弓根螺釘植入時添加α-bsmtm能顯著提高其初始穩(wěn)定性

五種通常使用的自攻螺釘固定系統(tǒng)力學(xué)和生物力學(xué)測試

目的評價骨質(zhì)疏松椎體置入硫酸鈣骨水泥增強的椎弓根螺釘后的生物力學(xué)效果。方法選取40節(jié)新鮮小牛脊柱椎體,隨機均分為正常椎體組(a組)、正常椎體+硫酸鈣骨水泥增強組(b組)、骨質(zhì)疏松椎體組(c組)、骨質(zhì)疏松椎體+硫酸鈣骨水泥增強組(d組)。將相同規(guī)格的椎弓根螺釘擰入測試椎體的椎弓根,測試其最大軸向拔出力和最大破壞功耗。結(jié)果c組椎弓根螺釘最大拔出力和最大破壞功耗較a組減少(p0.05)。結(jié)論硫酸鈣骨水泥增強后能增加椎弓根螺釘?shù)乃矔r穩(wěn)定性,可以應(yīng)用于骨質(zhì)疏松患者骨折內(nèi)固定的增強,具有較好的臨床應(yīng)用前景。

目的探討經(jīng)皮椎體成形術(shù)(pvp術(shù))后鄰近節(jié)段椎體生物力學(xué)變化的特點,為pvp術(shù)后再發(fā)骨折提供直觀的實驗依據(jù)和理論。方法收集老年骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折患者術(shù)前、術(shù)后的ct及mri影像學(xué)檢查資料,通過醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件mimics10.01建立三維實體數(shù)字化模型,并觀察記錄模型在正常情況下前屈、后伸、側(cè)屈、軸向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下l1椎體相鄰終板及后部結(jié)果vonmises應(yīng)力的變化特點。結(jié)果(1)本研究建立了幾何結(jié)構(gòu)、力學(xué)特性與正常胸腰段脊柱吻合的三維有限元模型,為生物有限元分析提供了一個較好的平臺。(2)各種活動下,與術(shù)前相比,術(shù)后t11下終板與l1上終板vonmises應(yīng)力變化明顯偏大,且差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(p0.05)。結(jié)論pvp手術(shù)后t11下終板與l1上終板的vonmises應(yīng)力值在各種活動狀態(tài)下都較術(shù)前明顯增加,其可使術(shù)后椎板發(fā)生骨折的概率增加。

目的:通過比較股骨單側(cè)和雙側(cè)皮質(zhì)內(nèi)固定的穩(wěn)定性,對單皮質(zhì)內(nèi)固定進行生物力學(xué)評價。方法:取12根新鮮尸體股骨,制成股骨中段缺損骨折模型,實驗組6根行單皮質(zhì)鋼板內(nèi)固定,對照組6根行雙皮質(zhì)鋼板內(nèi)固定,均行疲勞實驗,分別對2組即時和疲勞后的穩(wěn)定性進行生物力學(xué)測試。結(jié)果:在同等載荷條件下,單側(cè)和雙側(cè)鋼板內(nèi)固定即時及疲勞后的穩(wěn)定性在行屈伸和側(cè)彎運動時無顯著性差異,而在克服旋轉(zhuǎn)運動時卻存在顯著性差異。結(jié)論:單皮質(zhì)內(nèi)固定能獲得一定的穩(wěn)定性,但不能完全代替雙側(cè)皮質(zhì)固定。

目的通過研究分析鎖定鋼板外置與外固定支架固定骨折的生物力學(xué)性能,為鎖定鋼板外置固定骨折提供理論依據(jù)。方法選用10根人體新鮮尸骨脛骨,制備成新鮮骨折標本,分成2組分別采用鎖定鋼板外置固定和外固定支架固定。在距骨表面3cm的平面,觀察2組標本在不同載荷下承受的軸向壓縮值、扭轉(zhuǎn)角度值和彎曲位移值。結(jié)果2組脛骨骨折標本在不同平面施加100、200、300、400、500、600n外力載荷下的軸向壓縮值比較,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05),且所施加載荷越大,壓縮值差異越大。2組骨折標本在不同平面施加5、7、9、11、13、15n·cm載荷下的軸向扭轉(zhuǎn)角度值差異明顯,且載荷越大,扭轉(zhuǎn)角度值差異越大,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05)。2組骨折標本在不同平面施加80、120、160、200、240n載荷下的彎曲位移值比較,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05),且載荷越大,彎曲位移值差異越大。結(jié)論鎖定鋼板外置固定比外固定支架固定脛骨折的生物力學(xué)性能更好,可以在臨床上使用。

目的通過研究分析鎖定鋼板外置與外固定支架固定骨折的生物力學(xué)性能,為鎖定鋼板外置固定骨折提供理論依據(jù)。方法選用10根人體新鮮尸骨脛骨,制備成新鮮骨折標本,分成2組分別采用鎖定鋼板外置固定和外固定支架固定。在距骨表面3cm的平面,觀察2組標本在不同載荷下承受的軸向壓縮值、扭轉(zhuǎn)角度值和彎曲位移值。結(jié)果2組脛骨骨折標本在不同平面施加100、200、300、400、500、600n外力載荷下的軸向壓縮值比較,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（p〈0.05）,且所施加載荷越大,壓縮值差異越大。2組骨折標本在不同平面施加5、7、9、11、13、15n·cm載荷下的軸向扭轉(zhuǎn)角度值差異明顯,且載荷越大,扭轉(zhuǎn)角度值差異越大,差異有統(tǒng)計學(xué)意義（p〈0.05）。2組骨折標本在不同平面施加80、120、160、200、240n載荷下的彎曲位移值比較,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（p〈0.05）,且載荷越大,彎曲位移值差異越大。結(jié)論鎖定鋼板外置固定比外固定支架固定脛骨折的生物力學(xué)性能更好,可以在臨床上使用。

目的采用三維有限元模型分析方法,探討腰椎間盤突出癥髓核摘除術(shù)對腰椎生物力學(xué)特性的影響。方法采用新型cad方法精確建立腰椎l4～5活動節(jié)段有限元模型,構(gòu)建正常模型、退變模型、髓核摘除模型和疤痕長入模型分別模擬正常椎間盤、退變椎間盤、髓核摘除后即刻和術(shù)后中長期時的椎間盤;并比較其生物力學(xué)特征。結(jié)果(1)髓核摘除模型的剛度較退變模型減小,但較正常模型提高;(2)疤痕長入模型腰椎節(jié)段剛度大幅回升并超過退變模型(;3)髓核摘除后即刻小關(guān)節(jié)突接觸力減小,而疤痕長入模型則表現(xiàn)為小關(guān)節(jié)突接觸力增加。結(jié)論腰椎間盤髓核摘除術(shù)后即刻對腰椎穩(wěn)定性和后部結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響較小,而髓核摘除中長期后則可有腰椎運動節(jié)段變硬和關(guān)節(jié)突的應(yīng)力增加。

目的觀察保留后方韌帶復(fù)合體對單開門椎板成形術(shù)后的生物力學(xué)特性的影響。方法新鮮人尸體頸椎標本4具,按照完整標本(a組)→重建頸后方韌帶復(fù)合體手術(shù)(b組)→切除頸后方韌帶復(fù)合體單開門手術(shù)(c組)的順序處理與測量標本。生物力學(xué)實驗項目包括三點折彎實驗、軸向拉伸實驗和前方加壓實驗。分析比較3組間的差異性。結(jié)果三點折彎實驗,在變直時加載力a組與c組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05);b組與c組間差異也有顯著統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.01)。拉伸實驗,在10n拉力時c組位移與a組、b組比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05);在變直時加載力a組與c組間比較差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.01),b組與c線間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05)。前方加壓實驗,在前方加壓10n時c組位移與a組、b組比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05)。其余項目兩兩間相互比較,差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)論在對抗導(dǎo)致頸椎變直和前屈的應(yīng)力方面,保留頸后方韌帶復(fù)合體完整性的單開門標本明顯優(yōu)于破壞了其完整性的傳統(tǒng)單開門標本。

目的:比較重建頸后方韌帶復(fù)合體單、雙開門椎板成形術(shù)后生物力學(xué)的差異。方法:新鮮山羊頸椎標本24具,隨機分成3組,每組8具。a組,完整標本組,保留后方項韌帶、伸肌等伸頸結(jié)構(gòu),切除前方結(jié)構(gòu);b組,在a組基礎(chǔ)上行重建頸后方韌帶復(fù)合體單開門椎板成形手術(shù);c組,在a組基礎(chǔ)上行重建頸后方韌帶復(fù)合體雙開門椎板成形術(shù)。在電子萬能試驗機上行生物力學(xué)實驗,測試項目包括三點折彎試驗、軸向拉伸試驗和壓縮試驗,分析比較三組間的差異性。結(jié)果:三點折彎試驗中標本變直時的位移、加載力,a、b、c三組間無顯著性差異(p>0.05)。拉伸試驗中各拉伸負荷下與變直時的位移,a、b、c三組間無顯著性差異(p>0.05)。壓縮試驗中,a、b、c三組間位移無顯著性差異(p>0.05)。結(jié)論:在對抗頸椎變直和前屈的應(yīng)力方面,重建頸后方韌帶復(fù)合體單、雙開門頸椎板成形術(shù)間無明顯差別,都最大限度保留了頸后方韌帶復(fù)合體的功能。

椎弓根螺釘固定技術(shù)是脊柱后路固定的標準技術(shù),但在骨質(zhì)疏松情況下固定易松動失效,常需要行骨水泥強化以提高固定效果。本文簡要介紹了疏松性椎骨骨-釘界面生物力學(xué)、骨水泥強化固定的方法和材料。并指出強化固定的指征和可吸收材料在骨質(zhì)疏松性骨質(zhì)強化中的替代過程及其強度可能是值得期待的研究方向。

基于生物力學(xué)分析,研究了踏板設(shè)計參數(shù)對踏板操作時下肢肌肉疲勞的影響。定義了4個設(shè)計因子:座椅高度、踏板行程、踏板行程傾角和踏板高度,進行中心復(fù)合試驗設(shè)計。應(yīng)用生物力學(xué)軟件anybody對25組試驗進行了仿真分析,通過對仿真結(jié)果的回歸分析得出各設(shè)計因子的影響權(quán)重,并分析了每個因子對不同百分位人體最大肌肉活動度的影響,給出設(shè)計因子的推薦取值范圍。該方法建立了踏板的工程設(shè)計與駕駛員踏板操作舒適性的聯(lián)系,為汽車踏板的人機工程參數(shù)化設(shè)計提供依據(jù)。

基于生物力學(xué)分析,研究了踏板設(shè)計參數(shù)對踏板操作時下肢肌肉疲勞的影響。定義了4個設(shè)計因子：座椅高度、踏板行程、踏板行程傾角和踏板高度,進行中心復(fù)合試驗設(shè)計。應(yīng)用生物力學(xué)軟件anybody對25組試驗進行了仿真分析,通過對仿真結(jié)果的回歸分析得出各設(shè)計因子的影響權(quán)重,并分析了每個因子對不同百分位人體最大肌肉活動度的影響,給出設(shè)計因子的推薦取值范圍。該方法建立了踏板的工程設(shè)計與駕駛員踏板操作舒適性的聯(lián)系,為汽車踏板的人機工程參數(shù)化設(shè)計提供依據(jù)。