骨质疏松在老年人群中相当普遍，一旦因腰椎滑脱、感染、创伤或肿瘤需要手术治疗时，脊柱外科医生不可避免的需要使用内固定器械。如何在严重骨质疏松病人的脊柱上植入稳定的椎弓根螺钉内固定系统，将是一个很大的挑战。很多研究指出骨质疏松病人植入椎弓根螺钉内固定系统后临床预后较差，大多因为螺钉的松动、旋出、移位等并发症导致。近来有研究证实骨水泥强化椎体能显著提高螺钉在椎体内的生物力学稳定性，因此成为脊柱外科的关注热点，特别是对空心侧孔螺钉(FenestratedpediclescrewFPS)的研究越来越多，但FPS的设计仍然没有一个统一的标准。本课题组设计的新型FPS，围绕其安全性、合理骨水泥注射剂量、生物力学稳定性的综合评价，为FPS的设计优化和临床应用提供理论依据。实验一骨水泥分布对空心侧孔螺钉应用安全性及生物力学影响的实验研究目的：探讨骨水泥螺钉强化骨质疏松条件下椎体后，骨水泥不同分布形态对新型空心侧孔骨水泥椎弓根螺钉的安全性以及螺钉生物力学影响。方法：使用平均年龄76岁的完整新鲜脊柱标本(T11～L5)3具，选取18个椎体，平均骨密度为0.542±0.13g/cm~2。随机分为三组。侧孔间隔一个螺纹为A组(FPS-1)和侧孔间隔两个螺纹为B组(FPS-2)，这两组均通过加压灌注筒装置进行骨水泥钉道灌注1.5ml，C组为常规椎弓根螺钉（conventionalpediclescrewgroup）CPS组，不灌注骨水泥。24小时后行三维CT扫描，观察骨水泥椎体内的分布；随后进行生物力学实验。结果：三维重建显示：FPS-1组骨水泥均分布于椎体内，FPS-2组有部分骨水泥分布于椎弓根内。最大轴向拔出力：A组(573.2±136.30)N，B组(769.2±92.30)N，C组(361.8±58.84)N。FPS-1组和FPS-2组的螺钉稳定性均显著强于CPS组(P<0.05)，且FPS-2组优于FPS-1组，差异有统计学意义(P<0.05)。结论：空心侧孔椎弓根螺钉远端三分之一为侧孔设计的安全区域；骨水泥在椎体内的分布形态能够影响螺钉的生物力学。实验二可灌注骨水泥螺钉最佳侧孔设计及合理骨水泥剂量的实验研究目的：比较两种不同设计的可灌注骨水泥椎弓根螺钉(FenestratedpediclescrewFPS)对椎体内骨水泥分布形态以及螺钉生物力学的影响，探讨FPS的最佳设计方案以及合理骨水泥注射剂量。方法：设计两种FPS。侧孔直径相同的为FPS-A组，侧孔直径不等的为FPS-B组；CPS为对照组。将各组螺钉打入骨质疏松椎体内，FPS-A和FPS-B组均进行骨水泥钉道灌注，剂量分别为1.0ml、1.5ml、2.0ml，CPS组不灌注骨水泥。24小时后行三维CT扫描，观察骨水泥椎体内分布；随后进行生物力学实验。结果：三维重建显示：FPS-A组骨水泥在椎体内分布形态为圆锥形，FPS-B组骨水泥分布形态为圆柱形，当注射剂量达到2.0ml时，骨水泥渗漏的风险开始增加，且FPS-B较FPS-A渗漏风险小。最大拔出力实验：FPS-A和FPS-B的各剂量组的螺钉稳定性均不同程度强于CPS组，且FPS-B优于FPS-A，即力学强度上骨水泥圆柱形分布较圆锥形分布更有优势。结论：FPS最佳注射剂量为1.5ml-2.0ml；侧孔设计可控制骨水泥在椎体内的分布，分布形态为圆柱形FPS-B组在安全性和生物力学性上都更佳。