新型可灌注椎弓根螺钉的优化设计及力学检测

论文摘要

研究目的探讨可灌注椎弓根螺钉的中孔直径大小和侧孔分布对螺钉机械强度的影响,以及自行设计的新型可灌注椎弓根螺钉在骨质疏松椎体中的生物力学稳定性。材料和方法根据通用型脊柱内固定系统（General Spine System, GSS）椎弓根螺钉的几何数据和可灌注椎弓根螺钉的设计思路,建立普通椎弓根螺钉和可灌注椎弓根螺钉的有限元模型。分别模拟螺钉的悬臂梁弯曲、拉伸和扭转试验,以分析可灌注椎弓根螺钉的中孔直径大小和侧孔分布对螺钉机械强度的影响,并确定可灌注椎弓根螺钉的最优化中孔直径和侧孔分布。根据模拟试验的结果,自行设计并制作实物螺钉。选取年龄在65-85岁的完整湿润L14椎体标本5具,共计20个椎体,平均骨密度为0.644±0.071g/cm2。随机选择每个椎体的一侧椎弓根置入自行设计的可灌注椎弓根螺钉,并通过配套的骨水泥灌注器械向椎体内注入骨水泥约3-5ml,为可灌注椎弓根螺钉强化固定组。随机将所有椎体的另一侧椎弓根分为普通椎弓根螺钉固定组和普通椎弓根螺钉强化固定组,每组10个椎弓根。普通椎弓根螺钉强化固定组先向钉道内注入骨水泥3-5ml后再拧入普通椎弓根螺钉。分别对三组螺钉行最大轴向拔出力试验。另取普通螺钉和可灌注椎弓根螺钉各8枚,行螺钉的悬臂梁弯曲试验。结果1.普通椎弓根螺钉和中孔直径为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm中空椎弓根螺钉模型的屈服载荷分别为994N、1026N、1120N、1083N、1064N。中孔直径为1.5mm时螺钉模型的屈服载荷最大,为普通椎弓根螺钉的113%。2.中孔直径为1.5mm,侧孔为3、4、6孔时可灌注椎弓根螺钉模型的屈服载荷分别为1046N、997N、1013N。三个螺钉模型所能承受的最大拉力为4950N、4510N、4675N；最大扭矩为10.3N·m、8.7N·m、9.9N·m。3.可灌注椎弓根螺钉强化固定组螺钉在骨质疏松椎体中的最大轴向拔出力与普通椎弓根螺钉固定组比较差异有统计学意义（P<0.01）,与普通椎弓根螺钉强化固定组比较差异无统计学意义（P>0.05）。普通椎弓根螺钉强化固定组与普通椎弓根螺钉常规固定比较差异有统计学意义（P<0.01）。可灌注椎弓根螺钉强化固定组中,椎体左、右侧椎弓根处螺钉的平均最大轴向拔出力比较,差异无统计学意义（t=0.234,P>0.05）。4.可灌注椎弓根螺钉和普通螺钉的抗折弯强度比较差异无统计学意义（t=1.049,P>0.05）。结论1.当中孔直径为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm时,螺钉的中空结构使椎弓根螺钉模型的抗折弯强度较普通椎弓根螺钉增大。侧孔的开立使中空螺钉模型的机械强度出现了不同程度的降低。2.中孔直径为1.5mm,侧孔为6孔的新型可灌注椎弓根螺钉的静态机械强度与普通椎弓根螺钉相比较没有明显降低,足以承受上半身的重量,满足临床的需要。3.新型可灌注椎弓根螺钉强化固定在骨质疏松椎体中具有良好的锚固作用,并能有效控制骨水泥的渗漏,具有较好的临床应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 前言
• 参考文献
• 第一部分 可灌注椎弓根螺钉优化设计的有限元分析
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 附图（一）
• 参考文献
• 第二部分 新型可灌注椎弓根螺钉的生物力学检测
• 材料和方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 附图（二）
• 参考文献
• 综述
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表