纳米羟基磷灰石骨水泥翻修和强化椎弓根螺钉的生物力学研究

摘要

目的：评价纳米羟基磷灰石骨水泥在正常骨密度椎体中翻修椎弓根螺钉的作用。方法：采用6具青壮年新鲜胸腰段脊柱标本(T10-L5)，用周围骨定量仪(QCT)检查椎体骨密度(BMD)，排除骨质疏松。将48个椎体标本随机分成四组(A.B.C.D)，每组12个椎体(24侧椎弓根)。用力矩扳手把AF椎弓根螺钉(直径4.5mm，长45mm)拧入椎体两侧椎弓根。在万能实验机床上行椎弓根螺钉轴向拔出试验，记录螺钉的最大旋入扭矩力和最大轴向拨出力，然后随机选择一侧椎弓根(己拔出螺钉之钉道)注入2-3mL的纳米羟基磷灰石骨水泥，拧入椎弓根螺钉，长度和直径不变，在37c恒温箱中保存20分钟将螺钉轴向拔出。A组另一侧拧入椎弓螺钉(直径为6.5mm，长50mm)；B组另一侧经破坏的钉道注入2-3mL聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)后拧入椎弓根螺钉(直径4.5mm，长45mm)，在37℃恒温箱中保存20分钟后拔出；C组经原钉道注入普通羟基磷灰石骨水泥2-3mL，拧入上述螺钉，在37℃恒温箱中保存20分钟拨出；D组于另一侧注入纳米羟基磷灰石骨水泥2-3mL，拧入上述椎弓根螺钉，在37℃恒温箱中保存24小时，待纳米羟基磷灰石最终凝固并形成一定的强度，然后在万能实验机上作轴向拨出实验。分别记录螺钉最大旋入力矩及最大轴向拨出力。结果：第一次置入椎弓根螺钉最大旋入力矩为1.51±0.49Nm，与椎体最大轴向拔出力呈正相关，相关系数r=0.77。A组：纳米羟基磷灰石骨水泥修复侧的最大轴向拔出力为第一次置钉的125％，椎弓根螺钉(直径6.5mm、长50mm)直径增大2mm，长度增加5mm侧的最大拔出力为第一次置钉最大轴向拔出力的112.3％，纳米羟基磷灰石骨水泥修复侧的最大轴向拔出力大于后者，差异有显著性(P＜0.05)；B组：纳米羟基磷灰石骨水泥修复侧最大轴向拔出力为第一次置钉的最大轴向拔出力的134.3％；PMMA翻修侧最大轴向拔出力为第一次置钉了188.8％，后者大于前者，差异有显著性(P＜0.05)；C组：纳米羟基磷灰石骨水泥修复侧最大轴向拔出力为第一次置钉的126.5％，羟基磷灰石骨水翻修侧轴拔出力为第一次置钉的110.3％，前者大于后者，差异有显著性(P＜0.05)，但两种修复方法最大扭矩力相似，差别无显著性(p＞0.05)。D：组纳米羟基磷灰石骨水泥修复20分钟后最大轴向拔出力为第一次置钉最大轴向拔出力的118.5％，纳米羟基磷灰石骨水泥修复24小时后最大轴向拔出力为第一次置钉的148％，后者明显大于前者，差异有显著性(P＜0.05)，两组旋入扭矩力相似，差别无显著性。在五种不同的翻修方法中，利用骨粘合剂(PMMA.HAC.Nana-HAC)翻修钉道时最大轴向拔出力与最大旋入扭矩力无相关关系。结论：　　(1)在正常骨密度椎体中纳米羟基磷灰石有良好的椎弓根钉翻修作用。　　(2)利用骨粘合剂修复钉道后，置钉时旋入扭矩力与最大轴向拔出力无相关关系。临床医师不能利用旋入扭矩力大小预测螺钉的稳定性。　　目的：评价纳米羟基磷灰石骨水泥在骨质疏松椎体中强化和翻修椎弓根螺钉的作用方法：采用两具女性尸体椎骨：一具55岁，一具64岁，各取10个椎体(T10-L5)分别构成55岁组和64岁组。实验前用周围骨定量仪(QCT)测量椎体骨密度(BMD)。55岁组椎体的BMD为130mg/cm3属Ⅱ级骨质疏松；64岁组椎体的BMD为92mg/cm3属Ⅲ级骨质疏松。先用直径4.0mm的丝锥在每个椎体两侧椎弓根攻出长45mm的导孔，随机选择一侧椎弓根置入AF螺钉(直径6mm，长45mm)作为对照侧，另一侧用注射器注入纳米羟基磷灰石骨水泥2-3ml，然后拧入同样椎弓根螺钉作为强化侧。在37℃恒温箱中保存24小时后测量两侧椎弓根螺钉的最大轴向拨出力，用纳米羟基磷灰石骨水泥翻修对照组钉道(螺钉已拔出)，植入AF螺钉为翻修侧，24小时后测量翻修组椎弓根螺钉的最大轴向拨出力。用同样方法测试64岁组。结果：55岁组：强化侧和翻修侧椎弓根螺钉的最大轴向拨出力和对照组比较分别提高了70.2％和68.01％，差别有显著性意义(P＜0.01)，强化侧椎弓根螺钉的最大轴向拨出力大于翻修侧，差别无显著性意义(P＜0.05)。　　64岁组对照侧、强化侧、翻修侧最大轴向拔出力分别为419±13.33N，778±27.90N，771±26.44N。差异有显著性；(P＜0.05.F=764.3)强化侧较对照侧增加了86％，翻修侧较对照侧增加了84％。强化侧、翻修侧最大轴向拔出力比较，差异无显著性(P＞0.05)结论：纳米羟基磷灰石骨水泥在骨质疏松的椎体中有良好的强化和翻修椎弓根螺钉作用，在Ⅱ、Ⅲ级骨质疏松椎体中椎弓根螺钉经Nano-HAC强化和翻修后的最大轴向拔出力可达到或接近正常稳定性水平。

目录

原创性声明及关于学位论文使用授权的说明

主要缩略英文索引

前言

材料与设备

实验方法及分组

统计学处理

结果

讨论

结论

参考文献

一、标本制备和分组

二、方法

统计学处理

结果

讨论

结论

参考文献

附录：图片

综述椎弓根螺钉强化和翻修的研究进展

附录2：攻读硕士学位期间发表的论文

致谢