《浅论后凸成形骨水泥强化技术在骶骨钉翻修中的生物力学作用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅论后凸成形骨水泥强化技术在骶骨钉翻修中的生物力学作用.docx（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浅论后凸成形骨水泥强化技术在骶骨钉翻修中的生物力学作用【摘要】 【目的】 评价后凸成形骨水泥(PMMA)强化技术对骨质疏松情况下骶骨钉固定强度的生物力学影响，为骶骨钉翻修选择坚强的补救技术提供依据。【方法】 11具新鲜骶骨标本用于实验，双能X线吸收法(DEXA)评价骨密度。在同一骶骨上，依次建立非PMMA强化和PMMA强化骶骨钉的固定模型如下，A组：单皮质椎弓根钉;B组：双皮质椎弓根钉;C组：传统PMMA强化单皮质椎弓根钉;D组：后凸成形PMMA强化椎弓根钉;E组：后凸成形PMMA强化侧翼钉。在MTS试验机上对五种骶骨钉依次进行轴向拔出测试，记录最大承受拔出力并比较。【结果】 11具标本的平均
2、骨密度为( ) g/cm2。A组的螺钉拔出力(508 N)显着低于其它4种固定组(P)。B组的螺钉拔出力(685 N)与E组(702 N)无显着差异(P)，但是，两者的拔出力均显着低于C和D组(P)。重要的是，D组(986 N)的拔出力显着高于C组(846 N)。【结论】 在骨质疏松患者的骶骨固定中，双皮质骶骨椎弓根钉较单皮质具有显着的力学优势。骶骨椎弓根钉一旦发生松动，传统的和后凸成形PMMA强化技术均可成为补救手段，并且后凸成形PMMA强化骶骨椎弓根钉可获得最坚强的锚定。【关键词】 腰骶融合; 骨质疏松; 骶骨钉; 骨水泥强化; 生物力学Abstract： 【Objective】 To e
3、valuate the biomechanical effect of kyphoplasty-assisted polymethylmethacrylate (PMMA) augmented technique on the sacral screw fixation strength in osteoporotic condition， and provide evidences for choosing rigid salvage techniques for sacral screw revision. 【Method】 Eleven fresh osteoporotic cadave
4、ric sacra were used in this study and bone mineral density (BMD) of each specimen was measured by dual-energy radiograph absorptiometry (DEXA). Sacral screws with and without PMMA augmentation were sequentially established on the same sacrum as follows， Group A： unicortical pedicle screw; Group B： b
5、icortical pedicle screw; Group C： pedicle screw with traditional PMMA augmented technique; Group D： pedicle screw with kyphoplasty-assisted PMMA augmentation; Group E： ala screw with kyphoplasty-assisted PMMA augmentation. Axial pull-out resistance of the five screws was sequentially tested on a MTS
6、 material testing machine， and the maximum bear pull-out strengths were measured for comparison. 【Results】 The average BMD of 11 specimens wasg/cm2. Group A (508 N) exhibited significantly less pull-out strength compared with all the other groups (P). No statistical difference on pull-out strength w
7、as detected between Group B (685 N) and E (702 N) (P); however， the two techniques exhibited markedly lower pull-out strength than Group C and D (P). Importantly， the pull-out strength in Group D (986 N) was obviously higher than that in Group C (846 N). 【Conclusions】 For sacral screw fixation of os
8、teoporotic patient， bicortical sacral pedicle screw could acquire significant mechanical advantage over unicortical. Once the loosening of pedicle screw occurs， the traditional and kyphoplasty-椎弓根钉固定是腰骶融合中普遍使用的固定方法。骶骨椎弓根钉作为脊柱的尾端固定，尤其在骨质疏松患者容易发生松动1-3。骶骨钉松动不仅可导致固定区域假关节形成和矫正丢失，而且容易引发腰骶部的轴向疼痛。目前，虽然对松动的椎
9、弓根钉有多种补救方法，但是骨水泥(polymethylmethacrylate，PMMA)强化以其操作简单且即刻稳定效果良好，已成为补救椎弓根钉松动的首选。PMMA强化通常采用两种路径4-6：一种是钉道内注射PMMA的传统强化方法;另一种是通过球囊在松质骨内扩张制造空腔，并在腔内注入PMMA。生物力学研究进一步证实后凸成形PMMA强化椎弓根钉较传统PMMA强化可获得更高的固定强度。骶骨椎弓根粗大，从椎体到侧翼均富含松质骨。近年，临床已经采用椎体成形和后凸成形技术治疗骨质疏松性骶骨骨折，同时还有研究探讨PMMA强化对松动的骶骨椎弓根钉的翻修效果8-9。然而，后凸成形PMMA强化对骶骨椎弓根钉和侧
10、翼钉的生物力学影响尚未清楚。因此，本研究的目的是对单皮质椎弓根钉、双皮质椎弓根钉，传统PMMA强化椎弓根钉、后凸成形PMMA强化椎弓根钉和侧翼钉的固定强度进行比较，以明确何种PMMA强化技术可作为骶骨椎弓根钉理想的补救手段。1 材料与方法材 料11 具受捐成人新鲜尸体骶骨标本(来源于中山大学中山医学院解剖实验室)用于实验。其中，男5具，女6具;死亡年龄为 66 83岁，平均岁。经X 线摄片排除肿瘤、炎症及解剖学变异，并采用DEXA对L1-L4的骨密度(bone mineral density，BMD)的平均值进行测定后，用双层塑料袋密封，置于-30 的恒温冷冻箱内保存。实验前，将标本在室温下解
11、冻24 h后，细致切除附着肌肉和韧带。五种骶骨钉固定模型的建立在同一骶骨标本上，使用直径7 mm Moss Miami骶骨钉(DePuy公司提供)和PMMA(Stryker 公司提供)强化，依次建立骶骨钉固定和测试模型A组，单皮质椎弓根钉;B组，双皮质椎弓根钉;C组，传统PMMA强化椎弓根钉;D组，后凸成形PMMA强化椎弓根钉;E组，后凸成形PMMA强化侧翼钉(图1)。首先，在骶骨的左和右侧分别置入单皮质(A组)和双皮质椎弓根钉(B组)。进钉点均选择在S1上关节突下缘外侧5 mm处10。用开路器刺破皮质，将骨锥平行于S1上终板并与矢状面成角25刺入椎体10。使用直径6 mm攻丝扩髓，深度达 m
12、m后取出。用探针确认钉道四壁无破损后，测量钉道长度，将椎弓根钉置入钉道，并且使单皮质螺钉前端距骶骨前方皮质2 mm和双皮质螺钉前端穿透前方皮质2 mm(图2)。拔出力测试后，取出单皮质和双皮质椎弓根钉。将PMMA充分搅拌1 mim，装入注射管中并等待2 min 至“面团”期后，将PMMA注满左侧单皮质骶骨钉道，然后迅速地将相同规格的骶骨钉再次旋入(C组)。拔出测试后，将该椎弓根钉道和双皮质钉道前皮质口用松质骨紧密填塞。于左侧翼，选择与椎弓根钉相同的进钉点，骨锥平行于骶骨翼上面刺向骶骨耳状面前端，再用直径7 mm攻丝扩髓至前方皮质处10。在透视下分别将长度为15 mm球囊(龙冠公司提供)置入双皮
13、质钉道和左侧翼钉道，并使球囊前端距离侧翼前方皮质5 mm处。在松质骨内使球囊扩张至内压为14 kPa，维持15 min后，取出球囊。将PMMA注满两个钉道后，置入螺钉(D和E组)，并保证螺钉不穿透前方皮质(图2)。生物力学测试在858型MTS材料试验机上，通过自制的拔出力装置，对骶骨钉行轴向拔出力测试。拔出速度为 mm/s。拔出过程中的拉力和位移通过MTS内的传感器连续记录到MTS专用电脑。实验按螺钉置入的先后顺序进行，在测试中用加湿器使标本始终保持湿润。数据解析根据螺钉轴向拔出的数据，绘制力-位移曲线，曲线的顶点值定义为最大承受拔出力。采用SPSS软件(version ) 的单因素方差分析和
14、LSD-t检验，检验水平?琢 = 。2 结 果11具标本的BMD值为( ) g/cm2，平均( ) g/cm2，所有标本均为骨质疏松标本。螺钉-PMMA结合形态的肉眼观察三种PMMA强化骶骨钉拔出后的实物照片显示，三种补救技术的螺钉与PMMA结合良好。其中，后凸成形PMMA强化技术较传统PMMA强化技术似乎结合更多的PMMA(图3)。五种固定技术拔出力的比较方差分析结果为F =和P = ，组间差异有统计学意义。A组的螺钉承受拔出力(508 128) N显着低于其它4种固定组(P)。B组的螺钉拔出力(685 126) N与E组(846 230) N无显着差异(P)，但是，两者的拔出力均显着低于C
15、和D组(P)。重要的是，D组(986 211) N的拔出力显着高于C组(702 144) N (表1)。3 讨 论实验设计和局限性腰椎是临床评价患者BMD的最主要部位之一。研究表明，腰椎BMD是一种预测骶骨钉固定强度和长期命运的有效方法11。虽然QCT在体外可以准确测定钉道部位的椎体BMD，然而其精度显着低于DEXA12，因此临床很难用QCT测量脊柱BMD。基于QCT测量骶骨BMD难以再现临床状况，本研究采用DEXA测量的腰椎BMD来预测骶骨的骨质状态。虽然人尸体标本是体外生物力学研究的理想材料，但是难以避免在性别、年龄和体格大小等方面产生个体差异。为均衡实验条件，本研究在同一骶骨标本上按相同
16、顺序进行了5种骶骨钉固定技术的测试。本研究评价的拔出力只能反映螺钉初期的固定强度，并不能真正反映骶骨钉在体内随时间和负荷变化的长期固定效果。另外，采用直接轴向拔出来模拟骶骨椎弓根钉松动并不符合临床实际，因此，本研究的结果直接应用于临床存在一些局限性。骶骨钉、传统和后凸成形PMMA强化技术的生物力学作用及临床意义本实验使用骶骨标本的BMD平均值为 g/cm2，研究证实，双皮质椎弓根钉的拔出力显着高于单皮质椎弓根钉。根据生物力学观点，双皮质较单皮质固定的力学优势不仅在于增加了螺钉的置入长度，而且进一步获得骶骨前方皮质的把持力。但是，Smith等10在BMD平均值为 g/cm2以下的骶骨标本的研究中发现，单皮质和双皮质骶骨椎弓根钉的最大承受拔出力并无显着差异。因此，对于轻度骨质疏松的患者，双皮质较
