生物活性玻璃提高骨质疏松绵羊椎弓根螺钉稳定性的体内实验研究

目的：研究生物活性玻璃（Bioactive Glass,BG）在骨质疏松绵羊体内强化椎弓根螺钉固定的力学效果,并观察钉道界面及材料吸收等情况。方法：4只成年雌性小尾寒羊,采用去势联合激素注射方法建立骨质疏松绵羊模型。选择绵羊L2至L5双侧椎弓根,随机化选取一侧直接拧入椎弓根螺钉（空白组）,对侧采用BG强化钉道后拧入椎弓根螺钉（实验组）。术后3月随机选取6个椎体（12枚椎弓根螺钉）,对螺钉骨质界面行显微CT分析和组织学观察。对剩余10个椎体（20枚椎弓根螺钉）行轴向拔出实验,分析螺钉固定强度。结果：术前绵羊腰椎BMD为0.818±0.0310 g/cm2,建模完成后为1.000±0.0316 g/cm2,BMD平均值下降22.38%,差异有统计学意义（P〈0.05）。实验组螺钉骨质界面的Tb.Th、Tb.N组较对照组分别增加143.60%和33.56%,差异有统计学意义（P〈0.05）。实验组钉道周围材料绝大部分已经降解吸收,大量新生骨组织紧密包裹螺钉;对照组钉道周围骨量较少,钉骨结合不紧密,实验组螺钉骨质界面结合优于对照组。实验组的最大轴向拔出力为1083.04±86.37N,空白组为871.76±79.03N,前者较后者提高25.26%,差异有统计学意义（P〈0.05）。结论：生物活性玻璃能显著改善骨质疏松情况下螺钉骨质界面的骨微观结构,进而提高椎弓根螺钉的把持力。     

改良空心椎弓根钉和钉道强化的生物力学研究

目的:探讨改良空心椎弓根钉、钉道强化技术增强骨质疏松椎体固定强度的效果.方法:通过自行设计并加工的空心侧孔椎弓根螺钉、空心钉道强化装置向钉道内灌注骨水泥以强化椎弓根钉道.选取4具骨密度在(0.715±0.13)g/cm2的老年脊柱标本(L1-L4),共16个椎体,32个椎弓根,随机平均分成四组,设计四种固定方法.Ⅰ组:普通椎弓根螺钉(conventional pedicle screw,CPS),Ⅱ组:CPS+钉道内灌注骨水泥,Ⅲ组:空心侧孔椎弓根螺钉+骨水泥灌注,Ⅳ组:空心钉道强化装置灌注骨水泥+CPS.骨水泥完全凝固后测每个椎弓根螺钉的最大轴向拔出力.结果:四组的最大轴向拔出力分别为:Ⅰ组为(458±81)N,Ⅱ组为(596±107)N,Ⅲ组为(828±133)N,Ⅳ组为(857±155)N.Ⅲ、Ⅳ两组的最大轴向拔出力高于Ⅰ、Ⅱ两组(P＜0.01),Ⅱ组的最大轴向拔出力高于Ⅰ组(P＜0.05),Ⅲ、Ⅳ两组之间差异无统计学意义(P＞0.05).结论:自行设计的空心侧孔椎弓根螺钉、空心钉道强化装置分别与骨水泥联合应用行钉道局部强化可明显增强椎弓根螺钉在骨质疏松椎体的固定强度.     

椎弓根螺钉抗拔出强度的生物力学测试

目的:分析骨密度(bone mineral density,BMD)和植入角度对椎弓根螺钉拔出强度的影响.方法:6例新鲜尸体脊柱T10-L2骨,分解为单个椎体30个,共60个椎弓根.根据骨密度检查结果分组,每个标本脊椎左侧使螺钉在椎弓根平行植入,在脊柱右侧使螺打在与椎弓根成7°角植入.将60个椎弓根分别进行拔出测试(5mm/min的速度垂直方向拔出).结果:螺打平行植入与椎弓根成7°角植入,后者其拔出力大20%(P<0.05).骨密度时拔出力的影响,正常组与骨质疏松组相差57%(P<0.05).结论:选择与椎弓根成角度植入螺钉有助于提高螺固定相对稳定性;对于骨质疏松的病例,应注意抗拔出力不能满足生理要求的危险性.     

阿司匹林对去势大鼠腰椎骨密度及微观结构的影响

目的:研究阿司匹林对去势(卵巢切除)大鼠腰椎骨密度及微观结构的影响。方法:取48只3月龄SD雌性大鼠随机分为6组:去势组(OVX组)、对照组(Sham组)及4个阿司匹林治疗组(Aspirin组),每组8只。OVX组及Aspirin组采用卵巢切除法建立骨质疏松模型。去势后1周,阿司匹林治疗组剂量分别为2.25、4.46、8.92及26.75 mg/kg(A1、A2、A3及A4组),每天灌胃一次,OVX组及Sham组予同等量生理盐水灌胃。灌胃3个月后处死,剖取腰椎椎体,以双能X线吸收骨密度测量仪(DXA)和Micro-CT进行测量分析。结果:DXA分析结果显示:阿司匹林各剂量组BMD值较OVX组有统计学差异(P<0.01)。Micro-CT分析表明:与OVX组比较,阿司匹林各剂量组BV/TV、Tb.Th、Tb.N、BMD均显著性提高(P<0.01),BS/BV、Tb.Sp显著性降低(P<0.01),阿司匹林各剂量组BV/TV、BS/BV、Tb.Th、Tb.N、Tb.Sp、BMD与Sham组相比有统计学差异(P<0.01)。结论:阿司匹林可以改善去势大鼠骨小梁结构,增加骨质密度,对去势大鼠骨质疏松具有防治作用,其作用途径可能包括抑制骨吸收和刺激骨形成两方面。     

经椎弓根椎体内植骨联合短节段内固定治疗老年骨质疏松性脊柱骨折的临床疗效

目的:探讨使用椎弓根椎体内植骨联合短节段内固定法治疗老年骨质疏松性脊柱骨折的临床疗效。方法:将2013年2月至2013年10月入院的59例老年胸腰段脊柱骨折患者按照治疗方法分为两组:观察组27例,进行经椎弓根椎体内植骨联合短节段弓根钉棒系统内固定治疗;对照组32例,单纯进行短节段弓根钉棒系统内固定治疗。研究过程中对患者的术中失血量、手术所用时间、VAS、手术前后椎体高度、骨折愈合时间及住院时间等治疗进行记录,并对两组数据进行统计学分析。结果:观察组术后及末次随访椎体高度丢失明显低于对照组(4.31±2.867.13±4.41,4.72±3.9811.57±4.72,P0.05),术前Cobb角两组患者无差异,而术后及末次随访Cobb角观察组明显低于对照组(3.96±3.477.25±5.29,5.17±4.3311.21±6.29,P0.01),差异均有统计学意义(P0.05)。术后疼痛程度评分显示,对照组高于观察组(5.68±2.371.86±1.41,P0.05),有显著性差异。观察组术后内固定物失效率也明显低于对照组(P0.05)。结论:临床调查结果显示,使用椎弓根椎体内植骨联合短节段内固定治疗老年骨质疏松性脊柱骨折可降低术后痛感,提高固定即时稳定性,值得临床推广使用。     

骨水泥强化椎弓根内固定治疗骨质疏松性脊柱骨折的效果

目的:探讨内固定与植骨融合术治疗骨质疏松性椎体骨折的临床疗效。方法:回顾性分析我院2011年7月至2012年7月收治的80例骨质疏松性椎体骨折患者的临床资料。根据固定方式,将37例采用PMMA骨水泥强化椎弓根内固定的患者作为研究组,其余43例单纯应用椎弓根内固定的患者作为对照组。收集两组患者的手术时间、术中出血量、术后疼痛程度、愈合时间等临床资料。评价患者手术前后侧位X线片椎体高度和内固定效果。术后随访24个月。结果:两组患者的手术时间、术中出血量、住院时间及骨折愈合时间等无显著性差异(P0.05);研究组患者术后疼痛程度、椎体高度、内固定物松动及断裂情况等显著优于对照组,差异具有统计学意义(P0.01)。结论:骨水泥强化椎弓根螺钉治疗骨质疏松性椎体骨折具有良好的临床效果,值得推广应用。     

经伤椎椎弓根置钉椎体内植骨对胸腰椎骨折的疗效评价

目的:对比探讨经伤椎椎弓根置钉椎体内植骨与常规跨伤椎后路复位内固定对胸腰椎骨折的治疗方法及效果.方法:选取我院近期确诊收治的66名胸腰椎骨折患者分为两组,其中实验组36名经伤椎椎弓根置钉椎体内植骨,对照组30名行常规跨伤椎后路复位内固定,随访期间对比两组患者的临床疗效(优良率),手术时间、术中血量、伤椎前高压缩比、Cobb角、椎管侵占率等 临床指标,及Frankel分级变化.结果:治疗后,所有患者的Frankel分级及生活质量均优于治疗前(P＜0.05),而两组间相比,实验组的临床疗效及指标均优于对照组(P＜0.05).结论:经伤椎椎弓根置钉椎体内植骨治疗胸腰椎骨折,符合生物力学特征,可有效改善患者的临床症状及体征,且安全性高,值得推广.     

椎体后凸成形术治疗老年骨质疏松脊柱压缩骨折的临床分析

目的分析老年骨质疏松脊柱压缩骨折行椎体后凸成形术的治疗方法及临床效果,为临床提供依据。方法回顾性分析我院2014年10月~2015年10月收治的老年骨质疏松脊柱压缩骨折患者40例的临床资料,全部患者均为椎体后壁完整疼痛性骨质疏松脊柱压缩骨折,均接受椎体后凸成形术治疗,经双侧椎弓根、椎弓根旁置入可扩张球囊,将骨折塌陷椎体进行复位,采取骨水泥填充球囊扩张产生的椎体内空腔,术后观察患者症状改善和骨折复位情况。结果 40例患者手术均顺利完成,术后48h内患者疼痛显著缓解,骨折椎体前缘以及中部高度丢失,从手术前的(12.5±2.2)mm、(9.1±1.3)mm减少到手术后的(4.6±1.4)mm、(3.3±1.0)mm;后凸畸形Cobb角从手术前的(22.2±5.1)°矫正到手术后的(9.1±4.6)°,其中1例患者术后出现少量骨水泥渗漏,1例患者手术过程中一侧穿刺管中出现脑脊液,即停止该侧手术。结论老年骨质疏松脊柱压缩骨折行椎体后凸成形术治疗效果显著,可以快速缓解患者的疼痛,使患者脊柱序列得到恢复,值得临床推广使用。     

氧化钛纳米管对即刻种植骨结合影响的实验研究

目的:评价氧化钛纳米管对犬即刻种植骨结合效果的影响。方法:犬拔牙后即刻将光滑表面(对照组)和氧化钛纳米管表面(实验组)种植体植入拔牙窝内,于12周后处死取材,进行显微CT扫描、组织学染色分析以及生物力学检测。结果:扫描电镜显示经过阳极氧化后,钛表面形成了直径为30-80纳米的纳米管状结构;12周后,显微CT扫描结果提示实验组骨体积分数(BV/TV)、骨小梁数目(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)均显著高于对照组,骨小梁间隙(Tb.Sp)显著低于对照组,差异具有统计学意义(P0.05)。术后12周,实验组与对照组骨结合率分别为49.35±11.76%、31.79±13.07%,最大拔出力分别为105.28±27.87N、79.23±20.46N,实验组均显著高于对照组,差异均具有统计学意义(P0.05)。结论:氧化钛纳米管表面有利于促进即刻种植后骨结合的效果。     

数字化骨科理念辅助椎弓根置钉在寰枢椎不稳中的临床应用

目的:探讨3D打印辅助置钉技术用于寰枢椎不稳椎弓根置钉的安全性及准确性。方法:收集2013年1月到2015年1月西安交通大学第一附属医院收治的寰枢椎不稳病例,术前采用3D打印技术构建个体化3D打印模型,在模型上模拟置钉,获取最佳置钉点、置钉角度等个体化置钉数据,并于术中辅助椎弓根螺钉置入。通过CT扫描评价置钉准确性,测量术前、术后患者寰齿间隙判断寰枢椎复位情况,测量颈延角评价脊髓压迫改善情况,并采用日本骨科学会(JOA)评分判断患者脊髓功能改善情况。术后定期随访观察固定效果、稳定性、神经损伤等手术并发症的发生情况。结果:13例患者均采用3D打印辅助置钉技术进行内固定治疗,手术顺利,术中及术后无血管、神经损伤等并发症,复位及内固定效果满意。共置入椎弓根螺钉31枚,其中29枚完全在椎弓根内,置钉准确率为93.5%。寰枢椎较术前明显复位,术后寰齿间隙、颈延角和JOA评分较术前明显改善,差异具有统计学意义(P0.05)。结论:3D打印技术辅助上颈椎椎弓根置钉的准确性及安全性均较高。     

A Biomechanical Comparison of Expansive Pedicle Screws for Severe Osteoporosis: The Effects of Screw Design and Cement Augmentation

Expansive pedicle screws significantly improve fixation strength in osteoporotic spines. However, the previous literature does not adequately address the effects of the number of lengthwise slits and the extent of screw expansion on the strength of the bone/screw interface when expansive screws are used with or without cement augmentation. Herein, four designs for expansive pedicle screws with different numbers of lengthwise slits and different screw expansion levels were evaluated. Synthetic bones simulating severe osteoporosis were used to provide a comparative platform for each screw design. The prepared specimens were then tested for axial pullout failure. Regardless of screw design, screws with cement augmentation demonstrated significantly higher pullout strength than pedicle screws without cement augmentation (p < 0.001). For screws without cement augmentation, solid screws exhibited the lowest pullout strength compared to the four expansive groups (p < 0.01). No significant differences in pullout strength were observed between the expansive screws with different designs (p > 0.05). Taken together, our results show that pedicle screws combined with cement augmentation may greatly increase screw fixation regardless of screws with or without expansion. An increase in both the number of slits and the extent of screw expansion had little impact on the screw-anchoring strength. Cement augmentation is the most influential factor for improving screw pullout strength.     

外泌体miR-338对骨质疏松大鼠骨代谢水平、骨小梁微结构和骨生物力学的影响

摘要 目的：探讨外泌体miR-338对骨质疏松大鼠骨代谢水平、骨小梁微结构和骨生物力的影响。方法：采用健康成年SPF级SD雄性大鼠进行骨髓间充质干细胞（BMSCs）分离。采用双侧卵巢摘除手术方法构建了骨质疏松大鼠模型。采用qRT-PCR法检测miR-338的表达水平;检测大鼠的骨密度,骨小梁微结构和骨生物力学指标。结果：与空白对照组相比,OP模型组、OP+ ExoBMSCs、抑制组和过表达组miR-338的表达水平明显更高（P＜0.05）;抑制组的miR-338的表达水平低于OP模型组、OP+ExoBMSCs和过表达组（P＜0.05）;与空白对照组相比,OP模型组、OP+ ExoBMSCs、抑制组和过表达组OC、PINP、BALP的表达水平明显更低（P＜0.05）;抑制组的OC、PINP、BALP的表达水平明显高于OP模型组、OP+ ExoBMSCs和过表达组（P＜0.05）;与空白对照组相比,OP模型组、OP+ ExoBMSCs、抑制组和过表达组BV/TV、Th.N、Tb.Th、Conn.D水平更低,而Tb.Sp、SMI明显更高（P＜0.05）;抑制组组的BV/TV、Th.N、Tb.Th、Conn.D水平明显高于OP模型组、OP+ ExoBMSCs和过表达组,而Tb.Sp、SMI更低（P＜0.05）;与空白对照组相比,OP模型组、OP+ ExoBMSCs、抑制组和过表达组BMD、最大荷载、最大应力、最大位移、刚度水平更低（P＜0.05）;抑制组的BMD、最大荷载、最大应力、最大位移、刚度水平高于OP模型组、OP+ExoBMSCs和过表达组（P＜0.05）。结论：BMSCs源性的miR-338可影响骨质疏松大鼠骨代谢、骨小梁微结构和骨生物力学状态。     

Effect of pedicle screw diameter on screw fixation efficacy in human osteoporotic thoracic vertebrae

The selection of an ideal screw size plays a crucial role in the success of spinal instrumentation as larger diameter screws are thought to provide better fixation strength but increase the risk of pedicle failure during insertion. On the other hand, smaller diameter screws are with lesser risk of pedicle breakage but are thought to compromise the stability of the instrumentation. By investigating the relationship between screw diameter and the pullout strength of pedicle screws after fatigue loading, this study seeks to find quantitative biomechanical data for surgeons in determining the most ideal diameter size screws when performing surgical implementations on osteoporotic vertebrae.Twenty-seven osteoporotic (BMD ranged: 0.353–0.848 g/cm²) thoracic vertebrae (T3-T8) were harvested from 5 human cadavers. Two sizes of poly-axial screws (5.0 mm × 35 and 4.35 mm × 35) were implanted into each pedicles of the vertebrae by an experienced surgeon. Specimens were randomly distributed into control group, fatigue group of 5000 and 10,000 cycles with peak-to-peak loadings of 10–100 N at 1 Hz. Each specimen was then axial pullout tested at a constant rate of 5 mm/min. The ultimate pullout strength (N) & stiffness (N/mm) were obtained for analysis.The results showed that although the larger diameter screws achieved superior pullout strength immediately after the implantation, both sizes of screws exhibited comparable pullout strengths post fatigue loading. This indicates that the smaller diameter screws may be considered for surgical techniques performed on osteoporotic vertebrae for reduced risk of pedicle breakage without sacrificing fixation strength.     

Micro-CT and micro-FE analysis of pedicle screw fixation under different loading conditions

Anchorage of pedicle screw instrumentation in the elderly spine with poor bone quality remains challenging. In this study, micro finite element (µFE) models were used to assess the specific influence of screw design and the relative contribution of local bone density to fixation mechanics. These were created from micro computer tomography (µCT) scans of vertebras implanted with two types of pedicle screws, including a full region-or-interest of 10 mm radius around each screw, as well as submodels for the pedicle and inner trabecular bone of the vertebral body. The local bone volume fraction (BV/TV) calculated from the µCT scans around different regions of the screw (pedicle, inner trabecular region of the vertebral body) were then related to the predicted stiffness in simulated pull-out tests as well as to the experimental pull-out and torsional fixation properties mechanically measured on the corresponding specimens. Results show that predicted stiffness correlated excellently with experimental pull-out strength (R² > 0.92, p < .043), better than regional BV/TV alone (R2 = 0.79, p = .003). They also show that correlations between fixation properties and BV/TV were increased when accounting only for the pedicle zone (R² = 0.66–0.94, p ≤ .032), but with weaker correlations for torsional loads (R² < 0.10). Our analyses highlight the role of local density in the pedicle zone on the fixation stiffness and strength of pedicle screws when pull-out loads are involved, but that local apparent bone density alone may not be sufficient to explain resistance in torsion.     

动态观察去卵巢骨质疏松大鼠股骨骨微结构的变化

目的:绝经后骨质疏松是好发于中老年女性人群中的骨代谢疾病,去卵巢骨质疏松大鼠模型是国内外通用的模拟绝经后骨质疏松发生的经典动物模型,本研究通过观察去卵巢骨质疏松大鼠股骨骨微结构的动态变化,为骨质疏松大鼠模型的临床应用提供理论参考依据。方法:将90只3月龄雌性SD大鼠按体重分层后随机分为基础组(10只)、假手术组(40只)和去卵巢组(40只)。分别在手术前(基础组)和后的3、6、12、24周,腹主动脉取血处死基础组以及假手术组和去卵巢组大鼠,每组各8-10只。每组中随机取6只大鼠,对其左股骨行micro-CT扫描及三维结构重建。选择股骨远端距生长板远端1 mm处,2.0 mm×3.5 mm,厚0.9 mm的骨组织为感兴趣区域,对感兴趣区域进行骨形态计量学分析。结果:与0周组比较,从去卵巢3周开始一直持续到24周,去卵巢组大鼠股骨vBMD、BV/TV和Tb.N显著降低,Tb.Sp和SMI显著升高,而Tb.Th无显著变化;与0周组比较,从假手术后3周开始一直到24周,假手术组所有检测指标均无显著变化。与同周龄假手术组比较,从去卵巢3周开始一直持续到24周,去卵巢组大鼠股骨Tb.N、BV/TV和vBMD显著降低,Tb.Sp显著升高,而Tb.Th没有显著变化。从去卵巢6周开始一直到24周,去卵巢组大鼠SMI显著增加。结论:3月龄大鼠股骨远端的骨微结构在去卵巢3周时就出现显著变化。提示,采用3月龄大鼠进行抗骨质疏松药物筛选时,去卵巢3周后就可以进行药物处理。     

去卵巢大鼠腰椎骨微结构变化的动态观察

目的:动态观察去卵巢大鼠腰椎骨微结构的变化。方法:将90只3月龄雌性SD大鼠按体重进行分层随机抽样分组,分为基础组(10只)、假手术组(40只)和去卵巢组(40只)。手术前(0周)处死基础组大鼠,手术后3、6、12、24周时,分批处死假手术和去卵巢组大鼠各8-10只。从每组随机取6只大鼠的第5腰椎行micro-CT扫描及三维结构重建,选取椎体1 mm处,2.0 mm×3.5mm,厚0.9 mm的骨组织为感兴趣区域(interesting area),进行骨形态计量学分析。结果:与同一时间点假手术组大鼠比较,去卵巢3周时,第5腰椎体积骨密度(v BMD)、骨体积分数(BV/TV)、骨小梁数目(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁间隙(Tb.Sp)和结构模型指数(SMI)均无显著变化;去卵巢6周时,Tb.Th显著下降(P0.05),而其他指标均无显著变化;从去卵巢12周到24周时,不仅Tb.Th显著下降(P0.05),而且v BMD、BV/TV和Tb.N也显著下降(P0.05),同时Tb.Sp和SMI显著增加(P0.05)。结论:3月龄大鼠在去卵巢后的6周时骨小梁厚度变薄,12周以后,体积骨密度和骨体积分数下降,骨小梁数目减少。     

椎弓根螺钉强化技术联合PVP治疗kummell病的疗效及对患者脊柱稳定性和肢体功能的影响

摘要 目的：探究椎弓根螺钉强化技术联合经皮椎体成形术（PVP）治疗kummell病的疗效及对患者脊柱稳定性和肢体功能的影响。方法：选择2017年1月-2020年12月期间新疆医科大学第六附属医院和海军医科大学第二附属医院收治的64例kummell病患者,按照治疗方法分为PVP组（使用PVP治疗,32例）和强化组（使用椎弓根螺钉强化技术联合PVP治疗,32例）,比较两组围术期指标、脊柱稳定性、肢体功能及并发症。结果：强化组手术时长、术后住院时间长于PVP组,伤椎骨水泥注入量、透视次数、术中出血量多于PVP组,差异有统计学意义（P＜0.05）。末次随访时,两组伤椎局部Cobb角较术前降低,强化组低于PVP组,伤椎椎体前缘高度比较术前升高,强化组高于PVP组,差异有统计学意义（P＜0.05）。末次随访时,两组Roland-Morris功能障碍中文调查表（CRMDQ）、改良版Oswestry功能障碍指数量表（ODI）评分较术前降低,强化组低于PVP组,差异有统计学意义（P＜0.05）。两组随访期间腰背部疼痛、骨水泥渗漏、相邻椎体骨折等并发症差异无统计学意义（P＜0.05）。结论：PVP术治疗kummell病具有时间短、出血少、恢复快、透视次数少等明显优势,但椎弓根螺钉强化技术联合PVP治疗kummell病可以更好的保证脊柱稳定性,促进肢体功能恢复,且不增加并发症发生率。