自从1959年，Boucher采用长螺钉经椎板、椎弓根达椎体固定腰骶关节取得成功以来，椎弓根螺钉固定技术得到了广泛的改进和发展，已经应用于治疗脊柱退行性病变，脊柱骨折，脊柱畸形及骨转移瘤等病症。椎弓根螺钉的固定可靠性取决于骨—螺钉界面把持力的维持。但在临床上，螺钉的把持力不够或术后承载过大时，均会造成椎弓根螺钉的松动或拔出，尤其是在骨质疏松的患者中更为常见。此外，在术中植入椎弓根螺钉的过程中，常出现首次植钉失败，需要再次拧入螺钉，这也导致螺钉植入后把持力下降，螺钉松动、脱出。通常的翻修手术多采用增加椎弓根螺钉直径、长度，在原钉道内充填骨粘合剂强化固定材料等。但实践证明，增加椎弓根螺钉直径可增加椎弓根处骨折，损伤神经根的危险，且对多数病人并不适合；增加螺钉长度则可增加椎体前缘骨质穿破，损伤椎体前方重要血管和脏器的危险；而在钉道内充填固定材料可有效提高最大轴向拔出力但也存在着一些弊端。因此，如何在椎体的解剖限制范围内有效提高骨—螺钉界面的把持力，确保固定的可靠性及稳定性，成为经椎弓根内固定器械的研究热点。本研究的目的在于探讨能够提供更优越的生物力学性能，更加适应于翻修手术的经椎弓根内固定方法。 本课题进行了以下三方面的研究：1)设计出膨胀式椎弓根螺钉(Expansive Pedicle Screw，EPS)。该螺钉利用机械膨胀的原理， 第四军医大学硕士学位论文肠葱定立或组应目五或五国胭自目硒通过拧入内栓，在不增加推弓根处螺钉直径的基础上，使植入椎体内部的螺钉尖部直径增加，从而提高抗拔出力;2)在新鲜的小牛腰椎上，通过与目前临床上常用的USS、Tenor、CDH螺钉进行对照研究，对膨胀式椎弓根进行轴向旋出试验、轴向拔出试验和不同直径翻修试验，对膨胀式椎弓根的初次固定及翻修固定可靠性进行系统的生物力学测试与评价;3)与USS、及nor、CDH螺钉进行对照研究，通过150万次周期载荷疲劳试验和三点弯曲试验，对膨胀式椎弓根的机械性能进行测试与评价。 对植入椎体及拔出后的膨胀式椎弓根螺钉膨胀部的最大直径进行测量。X线片显示，拧入椎体的膨胀式螺钉膨胀部最大直径增加在lmr。~2.srn幻以范围不等，平均增加1.6mrn。螺钉拔出后，经游标卡尺测量，膨胀部最大直径增加在1.5m上n~2.5幻nrn范围不等，平均增加1.grnnl。所有膨胀式椎弓根螺钉均达到预期设计目的。 生物力学测试结果显示:膨胀式椎弓根螺钉的最大旋出力矩、最大轴向拔出力及旋出能量吸收值显著高于Tenor、USS、CDH等三种对照椎弓根螺钉;在低骨质密度组中的椎体上植入膨胀式椎弓根螺钉，其最大轴向拔出力不仅高于低骨质密度组的三种对照螺钉，也高于高骨质密度组中植入的三种对照螺钉的最大轴向拔出力;在进行同直径螺钉及大直径螺钉进行翻修时，膨胀式椎弓根螺钉的最大轴向拔出力也显著高于三种对照螺钉。 机械性能侧试结果显示:所有椎弓根螺钉均可耐受150万次周期载荷，未出现疲劳现象。膨胀式椎弓根螺钉的空心结构未对螺钉的耐疲劳性能产生明显影响。三点弯曲试验中，尽管膨胀式椎弓根螺钉的静态抗折断强度小于三种对照螺钉，但其抗折断强度仍有3.09KN，足以承受人体上半身的重量。 分析本试验结果，可以得出如下结论:l)膨胀式椎弓根螺钉较非膨胀式椎弓根螺钉具有更可靠的初次固定性能;2)在翻修时，膨胀式椎弓根螺钉亦具有较普通的非膨胀式椎弓根螺钉更高的固刀印口材脚翻口ofo时hoPa翻cs，封ingHo甲血诚月鱿衬刀 第四军医大学硕士学位论文下草闰口而亩.口.百口百口门百口定稳定性;3)膨胀式推弓根螺钉的耐疲劳强度并未因其中空的螺钉结构而有明显下降;4)尽管膨胀式椎弓根螺钉的静态机械强度有所下降，但仍足以承受人体上半身重量。