新型鈦合金腰椎椎間融合器的生物力學(xué)研究.pdf

1、目前椎間融合被認(rèn)為是治療椎體節(jié)段失穩(wěn)的常用方法，自體髂骨植骨一直被視為脊柱椎間融合的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但其并發(fā)癥較多，除供骨區(qū)疼痛、感染外，常出現(xiàn)植骨塊滑移脫出，或因強(qiáng)度不夠而塌陷。自1988年Bagby將一種原用于治療馬頸椎病的不銹鋼融合器(cage)應(yīng)用于臨床治療椎間盤源性腰痛并取得成功后，腰椎椎間融合器的應(yīng)用日益廣泛。 我們采用新型鈦合金為材料研制出一種腰椎椎間融合器(LMC，low moduluscage)，本試驗(yàn)通過對其進(jìn)行

2、生物力學(xué)測試的結(jié)果，與臨床上常用的Ti-6Al-4V材料制成的融合器進(jìn)行對比，評價其是否符合人體力學(xué)需求。 方法: 一、材料來源 新型鈦合金(Ti-Nb-Zr-Sn)，由中國科學(xué)院金屬研究所提供；應(yīng)用Ti-6Al-4V合金采用同樣的設(shè)計加工成的椎間融合器作為對照組。 二、新型鈦合金腰椎椎間融合器設(shè)計特點(diǎn)(1)設(shè)計規(guī)格長為25mm，寬9mm，高12mm。 (2)整體設(shè)計成中空楔型，上下面呈圓弧狀。

3、 (3)假體的上下表面兩側(cè)具有1.5mm高的鋸齒。 三、制作加工方法采用精密加工方法生產(chǎn)新型鈦合金腰椎椎間融合器。 四、生物力學(xué)檢測對腰椎椎間融合器進(jìn)行壓縮試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、抗沉陷試驗(yàn)。 結(jié)果: LMC的極限壓縮負(fù)荷為(7193.75±697.97)N～(9808.43±170.18)N；它可承受2.0kN載荷循環(huán)加載5x1.0<'6>次；它與同樣形狀設(shè)計的Ti-6Al-4V腰椎椎間融合器相比具有較強(qiáng)

4、的抗沉陷能力(P<0.05)。 討論: 椎體，小關(guān)節(jié)，椎間盤和韌帶以及椎體外部肌肉結(jié)構(gòu)和功能的完整，是脊柱穩(wěn)定的重要因素。椎間融合器是一種基于“支撐-壓縮穩(wěn)定機(jī)制的界面固定裝置，它通過自身高度撐開狹窄的椎間隙，使松弛的纖維環(huán)，韌帶，關(guān)節(jié)囊等軟組織的張力得以恢復(fù)，在融合節(jié)段的肌肉韌帶和纖維環(huán)的持續(xù)張力作用下，兩個椎體與嵌合于其中的融合器達(dá)到三維力學(xué)固定；另一方面脊柱運(yùn)動節(jié)段的縱向負(fù)荷及剪切應(yīng)力通過融合器均分到脊柱的前中柱，

5、避免應(yīng)力集中，為椎間融合創(chuàng)造良好的力學(xué)環(huán)境。 目前臨床上應(yīng)用的腰椎椎間融合器有很多種類型，制作材料主要有金屬、碳素纖維、聚醚醚酮(PEEK)、異體皮質(zhì)骨環(huán)和聚乳酸(PLA)等生物材料。金屬材料的椎間融合器一直在臨床中占有主導(dǎo)地位，但它的缺點(diǎn)也越來越受到人們的關(guān)注：一方面金屬在體內(nèi)腐蝕釋放出的金屬離子會誘發(fā)一系列的不良反應(yīng)，如不銹鋼中的Ni離子析出后會誘發(fā)嚴(yán)重的病變<'[4]>，鈷合金中的Co、Ni元素會引起嚴(yán)重的致敏性，常用的醫(yī)

6、用鈦合金中的v也對人體有一定的危害<'[7]>．另一方面目前制造椎間融合器的金屬彈性模量(100～200GPa)比骨質(zhì)(1～30GPa)大很多，在融合器植入人體后產(chǎn)生應(yīng)力分布失衡，這種應(yīng)力的不匹配造成的應(yīng)力遮擋作用會使骨質(zhì)疏松、融合器發(fā)生陷落。因此人們在研發(fā)生物材料椎間融合器的同時一直在努力改善金屬融合器的特性使其更適合人體的要求。 LMC構(gòu)成的金屬元素完全無毒，經(jīng)過生物力學(xué)測試，其設(shè)計合理，具有足夠支撐椎間隙的強(qiáng)度，其較低的彈性模量可