可降解高分子网状球囊及磷酸钙骨水泥椎体填充后的力学变化

背景：寻找具备生物力学性能与生物活性,椎体外渗漏率低的新型椎体填充材料已经成为研究的焦点。目的：观察植入可降解高分子网状球囊并灌注磷酸钙骨水泥椎体的生物力学性能及骨水泥渗漏率。方法：将32个猪单椎体标本随机分为4组,其中2组分别经单侧椎弓根注入2.5-3.0 mL聚甲基丙烯酸树脂骨水泥、2.5-3.0 mL磷酸钙骨水泥;其中1组首先植入可降解高分子网状球囊,然后填充2.5-3.0 mL磷酸钙骨水泥;最后1组为正常椎体。观察各组椎体的骨水泥外漏情况,经SCHENCK RSA-250电子万能试验机测试各组椎体的刚度及强度。结果与结论：聚甲基丙烯酸树脂骨水泥组椎体强度及刚度明显高于正常椎体（P〈0.05）,磷酸钙骨水泥组椎体强度及刚度明显低于正常椎体（P〈0.05）,可降解高分子网状球囊联合骨水泥组椎体强度及刚度接近正常椎体（P〉0.05）,可降解高分子网状球囊联合骨水泥组骨水泥渗漏率较聚甲基丙烯酸树脂骨水泥组与磷酸钙骨水泥组降低（P〈0.05）。表明植入可降解高分子网状球囊联合磷酸钙骨水泥椎体的生物力学性能最接近正常椎体,骨水泥渗漏率校低。     

聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥注入椎体成形的生物力学变化

背景:已证实经皮穿刺椎体成形治疗骨质疏松性椎体骨折能很好地恢复椎体的强度和刚度,在此基础上从形态学方面进一步验证置入骨水泥后界面骨增生修复情况。目的:观察兔椎体注射聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥后不同时间生物力学性能变化及置入物周围骨组织的修复情况。设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2006-08/2007-04在昆明医学院重点实验室及上海市第九人民医院生物力学实验室完成。材料:48只骨质疏松老年兔随机分为骨质疏松对照组和聚甲基丙烯酸甲酯组各24只;24只壮年兔为正常对照组。各组均分为置入后1h,24h,3d,7d,4周,12周亚组,每亚组4只。方法:模仿经皮穿刺椎体成形技术,在兔椎体制成0.5cm×0.5cm×0.5cm的骨缺损模型,骨质疏松对照组及正常对照组只行手术操作,不注入骨水泥;聚甲基丙烯酸甲酯组随机选择腰椎节段置入聚甲基丙烯酸甲酯材料。主要观察指标:在材料力学实验机上分别测定各时间点椎体最大载荷、最大压应力和弹性模量。苏木精-伊红染色观察周围骨组织坏死及增生修复情况。结果:①聚甲基丙烯酸甲酯组置入后1h,24h,3d,7d最大载荷值、最大应力值和弹性模量值逐渐增高,且均高于正常对照组及骨质疏松对照组(P<0.01);置入后4周有所下降,但与之前4个时间点比较差异无显著性(P>0.05),此时亦高于正常对照组及骨质疏松对照组(P<0.05)。置入后12周继续下降,与置入后1h,24h,3d,7d比较差异有显著性(P<0.05),与正常对照组比较差异无显著性(P>0.05),但仍高于骨质疏松对照组(P<0.05)。骨质疏松对照组最大应力值最低,各个时间点明显低于正常对照组(P<0.01)。②聚甲基丙烯酸甲酯置入后24h有大量炎性细胞浸润,3d时达高峰,7d后炎性细胞逐渐减少,4周时可见软骨化骨形成,12周则有板层骨形成。结论:聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥置入椎体后能迅速重建椎体稳定性,生物力学性能恢复好,生物相容性较好。     

负载骨形态发生蛋白新型骨填充材料应用于椎体成形

背景:磷酸钙骨水泥克服了聚甲基丙烯酸甲酯的诸多缺点并具有良好的生物相容性。而负载复合重组人类骨形态发生蛋白2的磷酸钙骨水泥经固化后可具有微孔结构,可提高经皮椎体成形充填材料的临床价值。目的:探讨以可注射型磷酸钙骨水泥和纤维蛋白胶作为共同载体,复合重组人类骨形态发生蛋白2,替代聚甲基丙烯酸甲酯应用于新西兰大白兔椎体成形的可行性。方法:制备磷酸钙骨水泥/纤维蛋白胶/复合重组人类骨形态发生蛋白2新型复合材料。采用小鼠肌袋异位诱导成骨模型对不同植入材料进行骨诱导活性评价;模仿椎体成形观察新型复合材料和聚甲基丙烯酸甲酯植入兔椎体后的生物力学改变。结果与结论:新型复合材料植入后2,4周碱性磷酸酶水平最高,植入后4周软骨细胞逐渐成熟,新骨形成,抗压强度和抗扭转强度明显低于正常椎体和聚甲基丙烯酸甲酯植入后(P<0.05),8周后材料被进一步降解,抗压强度和抗扭转强度均有所上升,扛扭转强度与正常椎体相比无显著差别,但仍明显低于聚甲基丙烯酸甲酯(P<0.05)。microCT提示其新生骨形成多而早,但聚甲基丙烯酸甲酯未见材料吸收及周围骨质长入。说明新型复合材料植入椎体后能够获得良好的骨诱导和骨传导功能,材料降解和新骨替代同步,接近于正常椎体的骨愈合,可望替代聚甲基丙烯酸甲酯应用于椎体成形。     

骨填充网袋灌注骨水泥修复椎体压缩骨折:可降低骨水泥椎体外渗漏率

背景：利用骨填充网袋包裹骨水泥,可使少量骨水泥通过网眼渗入到骨小梁间隙,形成微观绞锁,达到加固椎体的目的,但尚未见骨填充网袋治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的报道。
　　目的：比较应用骨填充网袋与经皮椎体成形和经皮椎体后凸成形治疗骨质疏松性椎体楔形压缩骨折的临床疗效。
　　方法：将90例单椎体骨质疏松性楔形压缩骨折患者随机分为3组,分别应用骨填充网袋、经皮椎体成形和经皮椎体后凸成形灌注聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥Ⅱ型,统计并比较3组的骨水泥类型、椎体抬升、骨水泥渗漏率、目测类比评分、Oswestry功能障碍指数和Cobb角。
　　结果与结论：所有患者均顺利完成手术,穿刺成功率为100%。经皮椎体成形组骨水泥外溢2例,经皮椎体后凸成形组骨水泥外溢1例。3组治疗后3 d的椎体抬升、目测类比评分、Oswestry功能障碍指数和Cobb角均较治疗前改善(P <0.05);经皮椎体后凸成形组与骨填充网袋组抬升椎体和矫正后凸畸形的效果优于经皮椎体成形组(P<0.05),前两组组间比较差异无显著性意义(P >0.05);3种方法缓解疼痛和恢复行动的效果无差异。表明应用骨填充网袋灌注聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥治疗骨质疏松性椎体压缩骨折,在改善疼痛、抬升伤椎高度、矫正后凸畸形等方面具有满意效果,并可降低骨水泥椎体外渗漏率。     

丝素蛋白/磷酸钙骨水泥体外强化骨缺损椎体

背景:目前常用的椎体强化剂筛选方法是将尸体标本制成骨折模型,然后进行材料的灌注,这种模型很难进一步应用于体内实验.目的:制备一种椎体骨缺损模型,评价骨水泥增强后的力学性能.方法:将48个新鲜成年绵羊腰椎单椎体标本随机分为8组.取4组标本,利用直径分别为2.0,4.0,6.0,8.0 mm的钻头钻入椎体10.0 mm制备骨缺损椎体模型,测量单椎体的抗压强度和刚度,与正常椎体组进行比较.根据生物力学测试结果选择一固定直径,将剩下的3组制成骨缺损模型,然后分别注入磷酸钙骨水泥、丝素蛋白/磷酸钙骨水泥及聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥,模拟体液环境固化24 h后进行生物力学测试.结果与结论:不同直径的椎体骨缺损模型中,随着缺损直径增大,其抗压强度与刚度呈逐渐下降趋势,直径为6.0 mm下降明显.选择直径为6.0 mm钻头制备骨缺损椎体模型,丝素蛋白/磷酸钙骨水泥组及聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥组的抗压强度和刚度与正常椎体组相比无明显差别(P > 0.05),而磷酸钙骨水泥组的抗压强度及刚度均明显低于正常椎体组(P < 0.05).说明缺损直径为6 mm,深度为10 mm绵羊椎体骨缺损是一种合适的椎体骨缺损模型,保持了椎体外形的完整,可用来判断椎体强化剂的体外性能,进一步用于体内实验.丝素蛋白/磷酸钙骨水泥能有效即时强化骨缺损椎体.     

经皮椎体成形及后凸成形椎体注入材料的生物力学分析

背景:经皮椎体成形与后凸成形是脊柱外科近来发展的一项新型微创外科技术,通过经皮向压缩骨折椎体内直接注入或者先通过球囊扩张再注入骨水泥等填充物,从而增强病变椎体的力学稳定性,其治疗效果满意且并发症少,但成形后脊柱生物力学的研究也发现了一些问题.目的:探讨经皮椎体成形与后凸成形后填充材料的效应及生物力学分析.方法:应用计算机检索CNKI和PubMed数据库中1999-01/2012-08关于经皮椎体成形术/经皮椎体后凸成形术填充材料及治疗后生物力学的文章,在标题和中以“经皮椎体成形术;经皮椎体后凸成形术;聚甲基丙烯酸甲酯;骨水泥;玻璃陶瓷;生物力学;生物相容性;并发症”或“percutaneous vertebroplasty,percutaneous kyphoplasty;PMMA;cement;biomechanics;Biocompatibility;treatment”为检索词进行检索.选择文章内容与经皮椎体成形术/经皮椎体后凸成形术填充材料有关者,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章.初检得到132篇文献,根据纳入标准选择19篇文献进行分析.结果与结论:椎体成形的目的为最大程度上的恢复压缩椎体的刚度和抗压强度.不同的充填材料对椎体生物力学性质的影响也有不同.填充材料的发展可以有效增强骨折椎体的抗压能力和维持良好的形态学特征,并可能使骨折椎体的生物力学性质恢复到最佳的状态.     

带负电荷硫酸钙/β-磷酸三钙复合骨水泥在椎体成形中的应用

背景：新型带负电荷硫酸钙/β-磷酸三钙复合骨水泥具有成骨效应,但目前尚无其应用于椎体成形的相关研究。目的：通过动物实验评估新型带负电荷硫酸钙/β-磷酸三钙复合骨水泥在体内的生物力学性质及成骨性能。方法：取30只新西兰大白兔建立骨质疏松模型4周后,在每只兔L 3、L 5椎体中央制造骨缺损,分别注射新型带负电荷硫酸钙/β-磷酸三钙复合骨水泥（实验组）与聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥（对照组）,L 1椎体为未干预的骨质疏松模型。于术后3,6个月各处死15只,取3组椎体进行Micro-CT分析及生物力学实验。结果与结论：①MicroCT三维重建显示,术后3个月时,实验组骨小梁三维结构参数明显优于对照组（P＜0.05）,与骨质疏松模型组无显著差别（P＆gt;0.05）;术后6个月时,实验组骨小梁三维结构参数明显优于对照组和骨质疏松模型组（P均＜0.05）。②术后3个月时,实验组椎体强度明显小于对照组（P ＜0.05）,但高于骨质疏松模型组（P ＜0.05）;椎体刚度小于对照组和骨质疏松模型组（P均＜0.05）。术后6个月时,实验组椎体强度与对照组接近（P ＆gt;0.05）,但高于骨质疏松模型组（P ＜0.05）;椎体刚度与对照组和骨质疏松模型组无差异（P ＆gt;0.05）。表明新型带负电荷硫酸钙/β-磷酸三钙复合骨水泥可以迅速有效地提高椎体生物力学强度,具有诱导成骨效应。     

应用三维有限元法评估聚甲基丙烯酸甲酯和磷酸钙骨水泥铸件的力学特征

目的:聚甲基丙烯酸甲酯和磷酸钙骨水泥作为经皮椎体后凸成形术填充物,应用三维有限元分析法比较两种材料治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的生物学效应。方法:实验于2003-03/09在南通医学院第一附属医院骨科和上海大学上海生物力学工程研究所合作完成。①利用WD-5型万能材料机测量聚甲基丙烯酸甲酯和磷酸钙骨水泥铸件力学性质。②选取骨质疏松患者1例(患者知情同意),排除其他疾患,应用CT扫描技术、图形数字化方法获取胸腰段的三维坐标,利用ANSYS5.0有限元分析软件等工具建立骨质疏松患者胸腰段的三维有限元模型。③模拟L1经皮椎体后凸成形术,对其和相邻椎体及椎间盘的负荷传递、应力、位移等进行分析。结果:①获取了精确的T11￣L3的多排螺旋CT扫描断层影像数据,经ANSYS5.0软件处理后得到4718个节点,1642个薄极单元,4495个八节点等参单元的骨质疏松患者胸腰段三维有限元力学模型。②采用聚甲基丙烯酸甲酯作为经皮椎体后凸成形术的填充物,比骨质疏松椎体应力增加了近15%。后部结构的应力平均增加13.2%,其中椎弓根增加5.9%,峡部增加6.25%,关节点增加27.6%。聚甲基丙烯酸甲酯在稳定椎体、恢复强度和刚度的同时,可能使其后部结构及相邻腰椎出现应力集中现象。③采用磷酸钙骨水泥作为椎体成形术填充物,比骨质疏松椎体应力平均增加了7%,应力集中现象明显小于聚甲基丙烯酸甲酯。结论:三维有限元力学分析表明两种材料均提高了椎体的抗变形能力,有利于椎体功能的重建。与聚甲基丙烯酸甲酯相比,磷酸钙骨水泥能减少成形椎体和相邻椎体之间的应力梯度,从长远看,能减少椎体退变和相邻椎体骨折的机会。     

椎体后凸成形椎间盘骨水泥渗漏时行相邻椎体预防性强化的有限元分析

背景:椎体后凸成形术后相邻椎体发生骨折时有报道,很多学者分析椎间盘骨水泥渗漏是相邻椎体继发骨折的重要原因之一。目的:以有限元方法分析椎体后凸成形并发椎间盘骨水泥渗漏时其相邻椎体生物力学的变化,进而分析相邻椎体继发骨折的原因并寻求补救措施。方法:利用MIMICS、ABAQUS等软件重建胸腰段(T11～L2)三维有限元模型,模拟L1椎体骨质疏松性压缩性骨折及椎体后凸成形治疗,观察有无T12～L1椎间盘骨水泥渗漏对骨折相邻椎体的生物力学影响;进一步分别模拟以2,3,4mL骨水泥对T12椎体行预防性强化,观察不同载荷下不同模型整体及各部分的VonMises应力。结果与结论:成功建立了相关三维有限元模型。相邻椎体T12及其下终板的最大应力在T12～L1椎间盘有骨水泥渗漏组比无渗漏组的明显增加;T12椎体不同剂量骨水泥预防性强化后最大应力不同程度降低,且小剂量(2～4mL)骨水泥预防性强化并不明显影响其余椎体、椎间盘的生物力学行为。提示椎体后凸成形并发椎间盘骨水泥渗漏可能会导致相邻椎体继发骨折,同时行相邻椎体预防性强化可能会减少继发骨折的发生。     

新型带电荷硫酸钙/β-磷酸三钙复合骨水泥经单、双侧椎弓根注入椎体成形:渗漏及填充椎体的力学特征

背景:新型带电荷硫酸钙/β-磷酸三钙复合骨水泥在恢复椎体力学性能的同时,可进一步降低传统椎体成形骨水泥渗漏的风险,提高手术安全性。目的:观察新型带电荷硫酸钙/β-磷酸三钙复合骨水泥经单、双侧椎弓根椎体成形的渗漏和椎体生物力学变化。方法:选取8具老年男性尸体骨质疏松胸腰椎标本,建立椎体压缩性椎体骨折模型,将连续的2个椎体标本配成对子交叉分配到单、双侧组。单侧组行4mL新型带电荷硫酸钙/β-磷酸三钙复合骨水泥经单侧椎弓根椎体成形;双侧组行4mL新型带电荷硫酸钙/β-磷酸三钙复合骨水泥经双侧椎弓根椎体成形,每侧2mL。结果与结论:单侧组骨水泥混合渗漏高于双侧组(P<0.05)。两组椎体成形治疗后最大载荷与刚度差异无显著性意义(P>0.05)。表明行新型带电荷硫酸钙/β-磷酸三钙复合骨水泥椎体成形最好择双侧穿刺,减少每侧注入骨水泥移植材料的剂量有利于降低渗漏风险;经单、双侧注入填充椎体的生物力学无明显差异。