椎弓根螺钉因具有三柱固定、固定牢靠、利于维持重建脊柱序列等特点,已经在世界范围内被广泛的应用于脊柱疾病的治疗。随着老龄化社会的来临,骨质疏松症发病率逐渐增多。骨质疏松患者并发椎体骨折、感染、退行性变或肿瘤等需椎弓根螺钉内固定时,常因骨质条件差,术中难于稳定、术后容易松动脱落,最终导致内固定的失败。如何提高骨质疏松条件下椎弓根螺钉的稳定性,已成为当今骨科学界的一大难题。我们通过自行设计不同孔数的强化材料注射器(由不同孔数的侧孔或直孔鞘和推杆组成),对骨质疏松条件下生物力学测试模块和新鲜人体腰椎标本进行钉道局部和整体强化,比较不同孔数强化剂注射器对钉道强化的作用,寻找最佳解决方案,以期提高椎弓根螺钉的把持力。实验一不同孔数强化剂注射器联合应用丙烯酸树脂骨水泥(acrylic bone cement, ABC)对骨质疏松椎弓根钉道强化的研究目的:比较不同孔数强化剂注射器联合ABC注射对骨质疏松椎弓根钉道的强化作用。方法:采用美国Pacific Research Laboratory公司生产的聚氨酯(polyurethane,PU)生物力学测试模块模拟人骨质疏松松质骨的力学性能。利用自行设计的不同孔数的侧孔和直孔骨水泥注射装置,对椎弓根钉道分别施行不同形式的强化,分为4孔、6孔、8孔侧孔鞘局部钉道强化组、直孔鞘全钉道强化组和空白对照组。对所有力学试验模块采用直径3.5mm手钻常规制备钉道,深度45mm。侧孔组沿钉道插入侧孔鞘至45mm,向鞘内推注2.5ml已调制呈膏体状的ABC骨水泥,以推杆将鞘内残存骨水泥完全推至鞘外,全钉道组沿钉道插入直孔鞘后,边向鞘内推注骨水泥,边退出鞘,用推杆将鞘内残留骨水泥完全推至钉道中。待骨水泥未完全硬化时,使用扭矩扳手以3转/分匀速旋入CD HORIZON M8椎弓根螺钉(规格:6.5mm×45mm)。对照组不注射任何材料,直接旋入螺钉。各组旋入螺钉均为6枚。记录最大植入扭矩。常规行X线、CT检查,24小时后用MTS858型万能材料试验机行螺钉轴向拔出力试验。数据结果采用SPSS11.5统计软件包进行分析。结果:不同强化组的骨水泥分布不同,呈现规律性。4孔组骨水泥大致位于螺钉尾侧1/3,6孔组位于螺钉中间1/3,8孔组位于螺钉头侧1/3及以远,全钉道组沿钉体全长环形分布。侧孔及全钉道强化组螺钉的最大轴向拔出力较空白组均有显著增加,8孔组拔出力低于4孔、6孔及全钉道组,差别具有统计学意义。4孔、6孔及全钉道组组间差别无统计学意义。旋入扭矩在各强化组两两之间无差别,均较对照组有显著增加,差别具有统计学意义。螺钉拔出后骨水泥与聚氨酯材料的界面发生断裂,而与螺钉形成致密包裹。结论:不同孔数的强化剂注射器联合ABC骨水泥注射,可显著提高螺钉最大拔出力,8孔鞘容易发生渗漏,缺乏安全性,且拔出力相对较小。4孔、6孔鞘局部强化均可起到与全钉道强化相似的的作用。实验二不同孔数强化剂注射器联合应用磷酸钙骨水泥(calcium phasphite cement,CPC)对骨质疏松椎弓根钉道强化的研究目的:比较不同孔数强化剂注射器联合CPC注射对骨质疏松椎弓根钉道的强化作用。方法:采用美国Pacific Research Laboratory公司生产的PU模块模拟人骨质疏松松质骨的力学性能。利用自行设计的不同孔数的侧孔和直孔骨水泥注射装置,对椎弓根钉道分别施行不同形式的强化,分为4孔、6孔、8孔侧孔鞘局部钉道强化组、直孔鞘全钉道强化组和空白对照组。每组样本量均为6个。对所有力学试验模块采用直径3.5mm手钻常规制备钉道,深度45mm。侧孔组沿钉道插入侧孔鞘至45mm,向鞘内推注2.5ml已调制呈膏体状的CPC骨水泥,以推杆将鞘内残存骨水泥完全推至鞘外,全钉道组沿钉道插入直孔鞘后,边向鞘内推注骨水泥,边退出鞘,用推杆将鞘内残留骨水泥完全推至钉道中。待骨水泥未完全硬化时,使用扭矩扳手以3转/分匀速旋入CD HORIZON M8椎弓根螺钉(规格:6.5mm×45mm)。对照组不注射任何材料,直接旋入螺钉。记录最大植入扭矩。常规行X线、CT检查,24小时后用MTS858型万能材料试验机行螺钉轴向拔出力试验。数据结果采用SPSS11.5统计软件包进行分析。结果:不同强化组的骨水泥分布不同,且呈现规律性。4孔组骨水泥大致位于螺钉头侧1/3,6孔组位于螺钉中间1/3,8孔组位于螺钉尾侧1/3,全钉道组沿钉体全长分布。侧孔及全钉道强化组螺钉的最大轴向拔出力较空白组均有显著增加,8孔组拔出力低于4孔、6孔及全钉道组,差别具有统计学意义。4孔、6孔及全钉道组组间差别无统计学意义。旋入扭矩在各强化组两两之间无差别,均较对照组有显著增加,差别具有统计学意义。螺钉拔出后骨水泥与聚氨酯材料的界面发生断裂,而与螺钉形成紧密包裹。结论:不同孔数的强化剂注射器联合CPC骨水泥注射,可显著提高螺钉最大拔出力,8孔组拔出力较小,相对容易发生强化材料渗漏,缺乏使用安全性。4孔、6孔鞘局部强化均可起到与全钉道强化相似的的作用。实验三同种侧孔强化剂注射器应用ABC及CPC对骨质疏松椎弓根钉道局部强化的对比研究目的:比较孔数相同的侧孔强化剂注射器应用ABC及CPC对PU模块椎弓根钉道局部强化的作用。方法:采用美国Pacific Research公司生产的PU模块。按强化方式分成6组,4孔鞘注射ABC、CPC组,6孔鞘注射ABC、CPC组,8孔鞘注射ABC、CPC组。常规制备直径3.5mm钉道,分别置入自制4孔、6孔及8孔侧孔鞘,连接5ml注射器,注射已调制呈膏体的ABC或CPC骨水泥2.5ml,进行钉道的局部强化。24小时后用MTS858型万能材料试验机行螺钉最大轴向拔出力测试。数据分析采用SPSS11.5统计软件。结果:使用相同孔数的侧孔注射器进行注射,骨水泥在螺钉周围的分布具有相似性。对于相同孔数的侧孔鞘,联合注射ABC较之CPC对钉道产生更好的强化作用,椎弓根螺钉具有更大的轴向拔出力。4孔、6孔及8孔鞘组各组间统计学上均存在差异。结论:使用侧孔强化材料注射器联合应用ABC与CPC均可增加骨质疏松条件下椎弓根螺钉的轴向拔出力,但是使用相同孔数的强化注射器,ABC具有更好的强化作用。实验四不同孔数强化剂注射器应用ABC和CPC对新鲜人骨质疏松标本腰椎椎弓根钉道的强化研究目的:基于前述实验结果,比较4、6侧孔和直孔强化剂注射器联合ABC和CPC注射对新鲜人腰椎骨质疏松标本椎弓根钉道的强化作用。方法:从9具人新鲜冰冻尸体标本(年龄46~67岁),获取可用腰椎标本42个。经双能X线吸收法(DEXA法)检测证实骨密度介于0.63~0.78g/cm2之间。按照完全随机化设计,将所有椎体分为A、B两组,每组再随机化分为ABC+4侧孔组、ABC+6侧孔组、ABC+全钉道组、CPC+4侧孔组、CPC+6侧孔组、CPC+全钉道组和空白对照组。各组间骨密度值无显著差别(P>0.05)。按照“人字嵴”顶点法,常规制备钉道,直径3.5mm,深度45mm。侧孔强化组及全钉道注射组注射牙膏状ABC或CPC,每侧椎弓根注射量约2.5ml,置钉后对椎体行X线检查、CT三维重建。常温下保存24小时后于MTS 858万能试验机上进行椎弓根螺钉轴向拔出和周期抗屈试验。结果:X线、CT重建发现其4孔组骨水泥位于椎体内,6孔组位于椎体和椎弓根部,全钉道组形成完全包绕。使用强化材料注射器强化过程中,所有椎体均未见骨水泥明显返流渗出等情况。使用ABC和CPC组,6孔组螺钉最大轴向拔出力均与全钉道灌注组无统计学上的差别,均高于4孔组,明显高于空白组,差异具有统计学意义。周期抗屈试验表明,经过10,000个周期循环加载后,ABC组,6孔与4孔和全钉道组两两间无统计学差别,均明显强于空白组;CPC组有类似的结果。结论:6孔强化剂注射器,无论联合使用ABC还是CPC骨水泥,对骨质疏松椎体均能起到强化椎弓根钉道的作用,具有较大的轴向拔出力,同时具有良好的周期抗屈能力,保留了钉-骨界面,可以代替全钉道灌注应用于骨质疏松条件下的椎弓根钉道强化。