骨質(zhì)疏松條件下四種椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性比較及臨床應(yīng)用研究.pdf

1、我國已邁入老齡化社會，骨質(zhì)疏松（osteoporosis，OP）成為我國老年人群的三大疾病之一。骨質(zhì)疏松易導(dǎo)致椎弓根螺釘穩(wěn)定性下降，螺釘松動脫出的發(fā)生率高達0.6％~12.6%。如何在骨質(zhì)疏松條件下提高螺釘固定強度、降低螺釘松動率一直是脊柱外科研究的重點。
　　本實驗選取了臨床應(yīng)用的四種不同結(jié)構(gòu)設(shè)計的椎弓根螺釘作為研究對象，包括：單螺紋螺釘（Single-threaded pedicle screw，SPS）、雙螺紋螺釘（Doub

2、le-threaded pedicle screw，DPS）、膨脹式螺釘（Expandable pedicle screw，EPS）以及新型“漸變孔”骨水泥螺釘（Cement-augmented pedicle screw with gradual change side-hole，CAPS）。四種不同類型的椎弓根螺釘在提高固定強度、降低松動率方面各有優(yōu)勢，但其穩(wěn)定性差異及臨床適用性尚不明確。因此本實驗應(yīng)用“仿真模擬實驗-離體生物力學(xué)實

3、驗-在體臨床研究”的方法，比較四種不同類型椎弓根螺釘在骨質(zhì)疏松狀態(tài)下的穩(wěn)定性，分析影響螺釘固定強度及松動率的相關(guān)因素，為骨質(zhì)疏松手術(shù)置釘選擇提供實驗依據(jù)。
　　研究目的：
　　一、通過有限元模型、骨質(zhì)疏松力學(xué)模塊、尸體腰椎的力學(xué)研究，比較骨質(zhì)疏松條件下四種不同椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性，分析影響螺釘穩(wěn)定性的因素。
　　二、通過骨質(zhì)疏松患者脊柱內(nèi)固定手術(shù)的臨床資料對比，分析四種螺釘?shù)呐R床效果，為優(yōu)化臨床置釘選擇提供理論依據(jù)。

4、r>　　研究方法：
　　一、根據(jù)本實驗所用螺釘?shù)母黜棓?shù)值，應(yīng)用Pro/E軟件分別建立四種椎弓根螺釘和帶有螺釘孔的椎體模型，在有限元分析軟件Ansys中組裝成椎弓根螺釘-椎體模型，通過收斂性檢驗和模型驗證檢測所建模型有效性，劃分網(wǎng)格并進行應(yīng)力分析，計算不同螺釘?shù)陌纬鰪姸取?br>　　二、采用骨質(zhì)疏松生物力學(xué)模塊、尸體腰椎標(biāo)本為實驗載體，常規(guī)制備釘?shù)?，植入四種椎弓根螺釘，通過X線檢查、最大軸向拔出力（Maximum pullout s

5、trength，F(xiàn)max）、能量吸收值(Energy absorbed to failure，E)、剛度等指標(biāo)比較四種椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性，分析提高螺釘穩(wěn)定性的原因。
　　三、收集合并骨質(zhì)疏松脊柱內(nèi)固定手術(shù)患者231例，其中采用 SPS螺釘固定91例，DPS固定41例，EPS固定63例，CAPS固定36例。通過手術(shù)操作指標(biāo)、影像學(xué)評估和量表指標(biāo)，比較四組患者在臨床療效、骨性融合率和螺釘松動率的區(qū)別。
　　研究結(jié)果：
　　

6、一、分別建立四種螺釘?shù)淖倒葆?椎體模型。收斂性檢驗和模型驗證表明所建模型有效，可以模擬離體軸向拔出實驗。當(dāng)螺釘以恒定速度拔出，不同類型螺釘?shù)淖畲笾鲬?yīng)力位置各不相同，SPS和DPS最大主應(yīng)力位于螺釘尾部，EPS最大主應(yīng)力位于膨脹端分叉口處，而CAPS最大主應(yīng)力則位于骨水泥與松質(zhì)骨上部接觸面。通過仿真模擬椎弓根螺釘軸向拔出力學(xué)試驗發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定性強弱依次為CAPS、EPS、DPS和SPS。
　　二：骨質(zhì)疏松力學(xué)模塊中，CAPS穩(wěn)定性最

7、佳，其余依次為EPS、DPS和SPS，DPS與SPS無統(tǒng)計學(xué)差別。尸體腰椎骨量減少組、骨質(zhì)疏松組，EPS穩(wěn)定性明顯優(yōu)于DPS和SPS，DPS與SPS無統(tǒng)計學(xué)差別。EPS由于其特殊的“爪型”構(gòu)造，形成良好的“螺釘-骨質(zhì)”界面，明顯提高其穩(wěn)定性。而S-DPS與S-SPS的生物力學(xué)指標(biāo)相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，因此我們認(rèn)為DPS雖然增加了椎弓根部螺釘?shù)拿芏?，但并沒有明顯提高其穩(wěn)定性。在新鮮尸體椎體生物力學(xué)實驗中，X線檢查發(fā)現(xiàn)骨水泥包繞在CAPS

8、尖端周圍，起到良好的固定作用，CAPS穩(wěn)定性明顯高于EPS，說明通過CAPS通過骨水泥局部強化釘?shù)篮罂梢悦黠@提高穩(wěn)定性。
　　三：臨床應(yīng)用資料顯示：1、納入231例患者均獲隨訪，隨訪時間均在一年以上；2、使用CAPS與其他三種螺釘相比，手術(shù)時間上增加，出血量無統(tǒng)計學(xué)差異；3、與術(shù)前相比，使用四種螺釘后末次隨訪的 VAS、ODI評分值均明顯下降，而CAPS和EPS優(yōu)于SPS和DPS，差別具有統(tǒng)計學(xué)差異；4、影像學(xué)顯示CAPS和EPS

9、病例未見內(nèi)固定螺釘松動、斷裂，內(nèi)固定位置良好，骨性融合率分別為96.8%和100%。而SPS和DPS松動率分別約為3.3%和2.3%。
　　結(jié)論：
　　一：骨質(zhì)疏松條件下，CAPS通過骨水泥強化釘?shù)?，EPS形成良好的“螺釘-骨質(zhì)”界面，明顯提高螺釘穩(wěn)定性，固定效果優(yōu)于SPS、DPS。
　　二：在骨質(zhì)疏松患者脊柱內(nèi)固定手術(shù)中，EPS和CAPS能夠提供良好的固定穩(wěn)定性，并且能夠降低骨水泥滲漏發(fā)生率和螺釘松動率，為骨質(zhì)疏松或