五種通常使用的自攻螺釘固定系統(tǒng)力學和生物力學測試

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: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:比較角棒與圓棒在legacy、ussⅱ、rf單軸向椎弓根螺釘固定系統(tǒng)中的抗旋轉(zhuǎn)性能。方法:將legacy、ussⅱ、rf單軸向椎弓根螺釘分別與原裝圓棒或自行設(shè)計的角棒組合,分為6個實驗組:(1)legacy螺釘和legacy圓棒組(a組);(2)legacy螺釘和角棒組(b組);(3)ussⅱ螺釘和ussⅱ圓棒組(c組);(4)ussⅱ螺釘和角棒組(d組);(5)rf螺釘與rf圓棒組(e組);(6)rf螺釘和角棒組(f組)。每組7套,其中1套行預(yù)試驗。分別以固定的扭矩標準鎖緊單枚椎弓根螺釘與圓棒或角棒,在mts858試驗機上測量旋轉(zhuǎn)滑動扭矩。結(jié)果:a、b組的旋轉(zhuǎn)滑動扭矩分別為12.3±1.9nm和16.9±2.1nm;c、d組的旋轉(zhuǎn)滑動扭矩分別為3.9±0.8nm和4.6±0.7nm;f、f組的旋轉(zhuǎn)滑動扭矩分別為6.7±0.4nm和17.6±0.7nm。legacy螺釘與rf螺釘配角棒組的旋轉(zhuǎn)滑動扭矩高于配圓棒組(p0.05)。結(jié)論:角棒能顯著提高legacy和rf椎弓根螺固定系統(tǒng)的抗旋轉(zhuǎn)能力。

目的比較使用和未使用聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,pmma)釘?shù)缽娀墓巧厢敽拖箩斣谄谳d荷后的最大拔出力,為合理使用髂骨釘技術(shù)提供實驗依據(jù)。方法從5具自愿捐獻的成人防腐尸體采集10個完整髂骨標本用于實驗。采用雙能x線吸收法測定每具尸體l1～4椎體的骨密度(bonemineraldensity,bmd)。將植入髂骨上柱和下柱的螺釘分別命名為髂骨上釘和髂骨下釘。使用長70mm、直徑7.5mm的螺釘,根據(jù)pmma強化與否依次建立以下4組髂骨釘固定模型:髂骨上釘(a組)、pmma釘?shù)缽娀墓巧厢?b組)、髂骨下釘(c組)和pmma釘?shù)缽娀墓窍箩?d組)。將髂骨模擬人體站立位固定于mts材料實驗機上,向螺釘尾部施加100～300n循環(huán)壓力載荷2000次后,測試髂骨釘?shù)妮S向最大拔出力。結(jié)果5具尸體的bmd為(0.88±0.06)g/cm2。所有髂骨釘均準確植入預(yù)計釘?shù)?未見髂骨釘穿入髖臼和穿出內(nèi)外板等情況,疲勞測試后均未出現(xiàn)螺釘松動跡象。a、b、c、d組的最大拔出力分別為(964±250)、(1462±266)、(1537±279)、(1964±422)n。d組最大拔出力大于其他3組,差異均有統(tǒng)計學意義(p0.05)。結(jié)論髂骨下釘?shù)墓潭◤姸蕊@著高于髂骨上釘;pmma釘?shù)缽娀夹g(shù)可有效提高髂骨釘?shù)腻^定強度,可用于髂骨釘松動的翻修。

目的觀察磷酸鈣骨水泥(cpc)強化螺釘固定的生物力學和組織學變化,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和組織學變化。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: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。

目的評價后凸成形骨水泥(polymethylmethacrylate,pmma)強化技術(shù)對骨質(zhì)疏松情況下骶骨釘固定強度的生物力學影響,為骶骨釘松動選擇堅強的補救技術(shù)提供依據(jù)。方法11具新鮮骶骨標本用于實驗,并采用dexa評價標本骨密度。在同一骶骨標本上,依次建立非pmma強化和pmma強化骶骨釘?shù)墓潭Ｐ腿缦?a組:單皮質(zhì)椎弓根釘;b組:雙皮質(zhì)椎弓根釘;c組:傳統(tǒng)pmma強化單皮質(zhì)椎弓根釘;d組:后凸成形pmma強化椎弓根釘;e組:后凸成形pmma強化側(cè)翼釘。在mts試驗機上對五種骶骨釘依次進行軸向拔出測試,記錄最大拔出力并比較。結(jié)果11具標本的平均骨密度為0.71±0.08g/cm2。a組的螺釘拔出力(508n)顯著低于其他4種固定組(p0.05),但是,兩者的拔出力均顯著低于c和d組(p<0.05)。重要的是,d組(986n)的拔出力顯著高于c組(846n)。結(jié)論在骨質(zhì)疏松患者的骶骨固定中,雙皮質(zhì)骶骨椎弓根釘較單皮質(zhì)具有顯著的力學優(yōu)勢。骶骨椎弓根釘一旦發(fā)生松動,傳統(tǒng)的和后凸成形pmma強化技術(shù)均可成為補救手段,并且后凸成形pmma強化骶骨椎弓根釘可獲得最堅強的錨定。

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性能更好,可以在臨床上使用。

目的探討自行設(shè)計可調(diào)自鎖式栓樁螺釘在前交叉韌帶斷裂重建術(shù)中脛骨端固定的生物力學性能,并與常用的一般栓樁螺釘和u型釘進行比較,為臨床應(yīng)用提供依據(jù)。方法采集24個成人新鮮膝關(guān)節(jié)標本,其中18個制作成acl斷裂模型,隨機分三組,分別采用可調(diào)自鎖式栓樁螺釘(z組),一般栓樁螺釘(y組)和u型釘(u組)固定,6個正常膝關(guān)節(jié)作對照(d組)。測試各組固定裝置力學變化、負荷位移變化和韌帶纖維的應(yīng)變及最大牽拉負荷,以測定固定裝置的穩(wěn)定性、強度和剛度。結(jié)果acl固定后力學變化中,z組基本保持原固定力沒有丟失,且經(jīng)過運動后骨隧道口幾乎沒有擴大;其他兩組均有力的丟失和骨隧道口增大,有顯著差異,p<0.05。測定負荷位移變化和韌帶纖維的應(yīng)變中,d、z組和y、u組相比較有顯著差異,p<0.05。最大牽拉負荷方面,z組固定強度和破壞負荷與其他兩組相比,有顯著差異,p<0.05。結(jié)論在交叉韌帶斷裂重建術(shù)脛骨端固定中,可調(diào)自鎖式栓樁螺釘?shù)臄嗔沿摵珊蛷姸燃捌浞€(wěn)定性比一般栓樁螺釘和u型釘有明顯優(yōu)勢,生物力學性能優(yōu)越。

目的探討傾斜螺釘和減少螺釘數(shù)量對鋼板螺釘固定長骨干橫行骨折模型的力學影響。方法28根pvc管隨機分成四組造中點橫行骨折模型,以四種不同的螺釘固定方式固定,測量四組模型在三點折彎、軸向扭轉(zhuǎn)試驗中的極限負荷,比較四種固定方法的力學性能。結(jié)果傾斜螺釘固定模型的最大彎曲負荷較大(p<0.01),減少螺釘固定的模型最大扭轉(zhuǎn)負荷較小(p<0.01)。結(jié)論傾斜螺釘可增加鋼板螺釘內(nèi)固定的抗折彎強度,但對抗扭轉(zhuǎn)強度無明顯影響,抗扭轉(zhuǎn)強度與固定的螺釘數(shù)量有關(guān)。

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: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

基于生物力學分析,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,進行中心復合試驗設(shè)計。應(yīng)用生物力學軟件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,進行中心復合試驗設(shè)計。應(yīng)用生物力學軟件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)。

1有限元法的基本概念。有限元法，是將某一結(jié)構(gòu)劃分成許多個有限大小的子區(qū)域的集合，把每一個子區(qū)域稱作為單元或元素，單元的端點稱為節(jié)點，單元之間通過節(jié)點連接，將單元的集合稱為網(wǎng)格。而實際的結(jié)構(gòu)可以看成為這些單元在它們的節(jié)點上相互連接而組成的等效集合體。然后利用虛功原理和基本力學方程建立以點位移為未知量的線性方程組來求解，整個計算過程編成程序后，由電子計算機來完成。

【目的】評價后凸成形骨水泥(pmma)強化技術(shù)對骨質(zhì)疏松情況下骶骨釘固定強度的生物力學影響,為骶骨釘翻修選擇堅強的補救技術(shù)提供依據(jù)?！痉椒ā?1具新鮮骶骨標本用于實驗,雙能x線吸收法(dexa)評價骨密度。在同一骶骨上,依次建立非pmma強化和pmma強化骶骨釘?shù)墓潭Ｐ腿缦?a組:單皮質(zhì)椎弓根釘;b組:雙皮質(zhì)椎弓根釘;c組:傳統(tǒng)pmma強化單皮質(zhì)椎弓根釘;d組:后凸成形pmma強化椎弓根釘;e組:后凸成形pmma強化側(cè)翼釘。在mts試驗機上對五種骶骨釘依次進行軸向拔出測試,記錄最大承受拔出力并比較?！窘Y(jié)果】11具標本的平均骨密度為(0.71±0.08)g/cm2。a組的螺釘拔出力(508n)顯著低于其它4種固定組(p0.05),但是,兩者的拔出力均顯著低于c和d組(p<0.05)。重要的是,d組(986n)的拔出力顯著高于c組(846n)?！窘Y(jié)論】在骨質(zhì)疏松患者的骶骨固定中,雙皮質(zhì)骶骨椎弓根釘較單皮質(zhì)具有顯著的力學優(yōu)勢。骶骨椎弓根釘一旦發(fā)生松動,傳統(tǒng)的和后凸成形pmma強化技術(shù)均可成為補救手段,并且后凸成形pmma強化骶骨椎弓根釘可獲得最堅強的錨定。

鉆尾自攻螺釘使用簡介 螺釘規(guī)格自鉆能力（mm）固定總厚度(mm) cteks12-14×50hgs6.525-36 cteks12-14×55hgs6.531-40 cteks12-14×68hgs6.539-53 表1 選擇指南 ?測量圖1t值，t（mm）=t1+t2 t1(mm)=壓型鋼板的波峰高度；t2（mm）=鋼條厚度+保溫層厚度 2.根據(jù)t值從表1選出最合適的螺釘，請注意鋼條厚度不能超過螺釘?shù)淖糟@能力。 舉例壓型鋼板的波峰高度：t1=30（mm） 鋼條厚度+保溫層厚度：t2=3+5=8（mm） 固定總厚度：t=30+8=38（mm） 從表1中應(yīng)選擇cteks12-14×55hgs的

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影像學檢查資料,通過醫(yī)學有限元仿真軟件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:比較重建頸后方韌帶復合體單、雙開門椎板成形術(shù)后生物力學的差異。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合體的功能。

隨著2mm以下冷彎超薄壁型鋼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外的快速發(fā)展,自攻螺釘作為這類結(jié)構(gòu)最主要的連接方式,其連接性能的研究日益受到重視。文中簡述了自攻螺釘受力機理及幾種抗剪破壞模式,介紹了美國、澳洲、英國及中國規(guī)范對自攻螺釘連接的承載力設(shè)計方法,就國內(nèi)外對自攻螺釘連接的研究現(xiàn)狀作了綜述和分析,最后指出了目前尚存在的問題及需要進一步研究的工作。