不同含湿率及加载条件对人皮质骨纳米压痕测试的影响

目的:探讨不同含湿率及加载条件对人皮质骨纳米压痕测试的影响。方法:采用美国Hysitron纳米压痕仪,设定不同加载模式(高峰载荷分别为300、400、500 nm;加载速度分别为6、8、10 nm/s)对不同含湿率(20‰、30‰、40‰、50‰、60‰)人皮质骨进行弹性模量及硬度测量。结果:在同一加载模式下,不同含湿率标本的测试值随着含湿率增高,弹性模量及硬度值均显著降低(P0.01);三种不同加载模式对含湿率为20‰标本测试值无明显变化;对含湿率60‰标本测试值有显著性影响(P0.02)。结论:纳米压痕仪测试骨微观力学特性时,测试值不仅受标本本身含湿率的影响,当测试条件改变,对湿润标本测试结果也完全不同。当使用纳米压痕技术时,通常采用脱水包埋处理的标本测试出的机械性能,对我们在微观层面认识人体骨在湿润的生理环境下的机械性能是不够全面的。     

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。     

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。     

新型骨水泥椎弓根螺钉在治疗腰椎滑脱合并骨质疏松症的应用研究

目的:探讨评估聚甲基丙烯酸甲酯(polymethvlmethacnrlat, PMMA)增强的具有"渐变孔"结构的侧开孔中空椎弓根螺钉(Fenestrated pedicle screw, FPS)治疗腰椎滑脱症的安全性及疗效。方法:回顾性分析2013年1月～2017年12月收治32例合并有骨质疏松症的腰椎滑脱患者,均应用具有"渐变孔"结构的FPS融合手术治疗,记录手术时长、术中出血量,住院时长;测量椎间隙高度、椎体楔形变指数、滑脱距离、滑脱角、骨盆指数、腰椎前凸角;随访评估Oswestry功能障碍指数问卷表(Oswestry Disability Index Questionnaire, ODI)评分和视觉模拟评分法(Visual Analogue Score, VAS)评分,比较分析术前、术后及末次随访时的差异;结果:术中X线及术后三维CT检查发现3枚渗漏的骨水泥螺钉(2.2%),均为Yeom C型,术后无不适。随访7～61个月(平均34.9个月),滑脱复位良好,后凸畸形和矢状位失衡矫正良好,ODI评分和VAS评分均较术前有显著改善(p0.05)。随访期间,全部病例滑脱无复发,无椎弓根螺钉松动、断裂,无椎间隙塌陷,根据SUK标准融合成功率100%。结论:新型骨水泥螺钉能够提供良好的固定稳定性,并且能够避免骨水泥渗漏发生以及螺钉松动脱出,为骨质疏松脊柱手术提供一种新的选择。     

显微CT分辨率对松质骨微观结构及生物力学测量的影响

目的:探究不同分辨率对显微CT测量腰椎松质骨显微结构及显微有限元分析松质骨生物力学参数精确性的影响。方法:以人腰椎L5椎体标本为对象,通过显微CT扫描得到松质骨显微CT数据,扫描分辨率为14μm,通过对合并像素点将分辨率降低至28μm~224μm等,分别测量不同分辨率下,松质骨标本的结构参数;利用不同分辨率下的显微CT数据建立显微有限元模型,计算各正交异性的弹性模量,应用统计学分析比较结构参数和力学参数的在不同分辨率下的差异。结果:各参数与分辨率间相关性不尽相同,BV/TV(骨体积分数)和Tb.Th(平均骨小梁厚度)的数值大小随着分辨率的降低呈增高趋势,Conn.D(骨小梁连接度),BS/BV(骨表面积体积比),Tb.N(平均骨小梁密度)和Tb.Sp(平均骨小梁间距)随着分辨率的降低呈降低趋势。分辨率的改变对SMI(结构模型指数)和DA(骨小梁各向异性度)没有显著影响。在三个轴向上,弹性模量均随着分辨率的降低呈增高趋势,当分辨率大于126μm时,该分辨率下的弹性模量和对照组存在显著性差异(P<0.05)。结论:该实验证实了不同分辨率对显微CT测量腰椎松质骨显微结构和生物力学参数有显著影响。提示在研究腰椎松质骨显微结构和生物力学参数时,采用126μm以上分辨率,可以在不降低准确度的情况下提高运算效率。     

齿状突几何参数、骨密度与生物力学性质的相关性研究

目的:齿状突骨折是颈椎的严重损伤,其中大部分需要行前路螺钉内固定术治疗,齿状突的几何参数对螺钉的选择起决定性作用,其骨密度则影响螺钉对骨质的把持力,齿状突固有的生物力学性质对齿状突骨折固定效果进而对骨折愈合有较大影响,基于以上考虑,本课题分析并比较了几何参数、骨密度与生物力学性质的相关性,评价其指导临床应用的意义。方法:将15例经福尔马林浸泡的国人枢椎标本剔除周围软组织,分别测量并分析各个标本的几何参数、骨密度以及扭转刚度、剪切刚度、拉伸刚度等生物力学性质的特点,并比较它们之间的相关性。结果:齿状突为一椭球形结构,难以容纳两枚内固定螺钉,齿状突的几何参数、骨密度和生物力学性质之间没有相关性。结论:临床上在对齿状突骨折采用螺钉内固定前需要了解齿状突的解剖结构并据此选取适当尺寸的螺钉,应根据齿状突基底部的横径选择螺钉的直径,根据基底部到前唇的距离选择螺钉光滑段的长度,根据枢椎高度选择螺钉长度,齿状突的几何参数、骨密度和齿状突的生物力学性质之间并无相关性,并不能根据齿状突几何参数、骨密度来预测其生物力学强度进而预测内固定的初始稳定性。     

脊柱-骨盆固定系统的生物力学研究

目的:研究髂骨钉在脊柱-骨盆固定系统中对腰骶稳定性及螺钉应力分布的影响。方法:6具成人腰椎-骨盆防腐标本,分别按照三种不同的固定方式完成置钉连接操作,制成3个实验组:单纯腰椎后路长节段固定组(L2-L5组)、腰骶固定组(L2-S1组)、髂骨钉固定组(L2-S1-I组)。生物力学测试采用8 N·m纯力矩执行前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6个工况运动,比较各固定组L2、L5水平活动度以及L5椎弓根钉、S1螺钉应力。结果:L2-S1组、L2-S1-I组内固定系统以及腰骶关节活动度均明显降低(P0.05),L2-S1-I组的优势更加显著,尤其在抵抗固定系统旋转活动以及腰骶关节前屈活动时作用更明显。L2-S1-I组、L2-S1组L5椎弓根钉应力均较L2-L5组明显减小(P0.05);L2-S1-I组S1螺钉应力较L2-S1组显著减小(P0.05)。结论:髂骨钉技术能够提供良好的脊柱-骨盆固定效果,在维持腰骶稳定性方面优势明显;对近端固定螺钉有保护作用,在与S1螺钉联合使用时,能有效分担S1螺钉所受应力,显著降低螺钉松动、拔出的风险。