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第一部分新设计可灌注椎弓根螺钉的大内径模式对骨水泥灌注压力的影响目的确定新设计可灌注椎弓根螺钉(Redesigned Bone-cement-Perfusion Pedicle Screw,RBPPS)的大内径模式能显著降低骨水泥灌注压力(Perfusion Pressure),便于实际操作中的骨水泥灌注。方法根据RBPPS的设计,保持其余参数不变,仅按中空内径(Internal Diameter,ID)不同分成3组:螺钉A组ID 1.5mm,螺钉B组ID 2.25mm,螺钉C组(RBPPS组)ID 3.0mm。采用两种不同方法来检测灌注压力:1、理论推导:采用管道内流体Hagen-Poiseuille’s定律推导3组灌注压力的变化情况。2、实验研究:在3组螺钉和相同灌注筒组成的管道中分别使用牛顿硅油和PMMA骨水泥以固定速度2ml/min进行重复灌注实验,记录灌注压力。结果理论推导和实验结果均证实螺钉的中空部分是灌注压力的瓶颈位置,RBPPS能显著降低灌注压力。当中空内径增加1倍,灌注压力下降约59%。(p<0.05)结论骨水泥灌注通道的压力瓶颈在于螺钉中空部分。RBPPS能克服压力瓶颈,便于骨水泥灌注,有效改善骨水泥强化应用,操作安全。第二部分新设计可灌注椎弓根螺钉在骨质疏松椎体的骨水泥灌注压力研究目的研究RBPPS在体外骨质疏松椎体上骨水泥灌注压力变化,来确认大内径设计能显著降低灌注压力。方法在骨质疏松椎体的两侧椎弓根分别随机植入两组椎弓根螺钉:内径1.5mm的对照组椎弓根螺钉(Control Pedicle Screw,CPS)(n=10)和内径3.0mm的RBPPS组(n=10)。每枚螺钉在相同的时间窗内使用配套灌注系统在材料机上模拟临床情况以固定速度2ml/min分6次灌注骨水泥,每次0.3ml,共1.8 ml。记录灌注压力和骨水泥量。结果所有骨质疏松椎体标本均顺利完成骨水泥的灌注。CPS组平均灌注压力为51.0±13.1N,最大灌注压力为82N,非常接近人体极限,可引起灌注不足。RBPPS组平均压力为29.4±4.7N,较CPS组下降41.8%,差异有统计学意义。(P<0.001)结论1、RBPPS及灌注系统能有效灌注骨水泥至骨质疏松椎体,操作简便。2、RBPPS能显著降低在骨质疏松椎体的灌注压力,便于骨水泥灌注。第三部分新设计可灌注椎弓根螺钉在骨质疏松椎体的骨水泥分布及生物力学研究目的评价RBPPS在人骨质疏松椎体标本的骨水泥弥散分布优势,及生物力学稳定性。方法双能X线吸收法检测5具人体脊柱(T12-L5)骨密度,分离成30个椎体标本。随机选取15个椎体两侧植入RBPPS(共30枚),随机选择一侧RBPPS灌注2ml PMMA进行强化。余15个椎体两侧植入对照组椎弓根螺钉(Control Pedicle Screw,CPS)并同法强化(共30枚)。X线检查和CT扫描明确骨水泥的弥散分布。各15个椎体中,随机选取9个椎体进行拔出力测试,按强化与否分成4组:RBPPS非强化组,CPS非强化组,RBPPS强化组,CPS强化组(n=9)。余6个椎体进行旋出力矩测试,同法分4组(n=6)。分别记录最大轴向拔出力和最大旋出力矩数值。另取实心螺钉、无内芯RBPPS、有内芯RBPPS各10枚行静态弯曲测试。结果完成置钉60枚,其中1枚突破椎弓根外侧壁,1枚调整钉道。灌注系统操作简便,无骨水泥返流等术野污染。大体标本观察及X线、CT检查,未发现骨水泥渗漏。骨水泥呈团状包饶RBPPS远端,大部分分布在椎体的中部和前部(椎体三等分),远离椎管。RBPPS强化组平均最大拔出力为1361±59N,CPS强化组为1191±53N,RBPPS非强化组为377±54N,CPS非强化组为373±21N。RBPPS强化组较CPS强化组拔出力强度增加了114%(P<0.05)。RBPPS和CPS强化组分别较非强化组各增加了361%,319%(P<0.0001)。RBPPS强化组平均最大旋出力矩为2.76±0.07N·m,CPS强化组为1.88±0.06 N·m,RBPPS非强化组为0.82±0.07N·m,CPS非强化组为0.81±0.07N·m。RBPPS强化组较CPS强化组旋出力矩增加了146%(P<0.0001)。RBPPS和CPS强化组分别较非强化组各增加了337%,232%(P<0.0001)。静态弯曲测试中有内芯RBPPS的最大载荷较实心螺钉稍差,较无内芯RBPPS高(P>0.05)。结论1、大内径斜侧孔RBPPS可灌注粘度更高的骨水泥,并可控制骨水泥均匀成团状分布于椎体的安全区域。2、PMMA强化RBPPS能显著增强在骨质疏松椎体的稳定性,为临床治疗骨质疏松性脊柱疾患提供了一种新选择。