1、后凸成形骨水泥強化技術在骶骨釘翻修中的生物力學作用                作者：莊新明 于濱生 鄭召民 李澤民 王泰平【摘要】  【目的】 評價后凸成形骨水泥(PMMA)強化技術對骨質疏松情況下骶骨釘固定強度的生物力學影響，為骶骨釘翻修選擇堅強的補救技術提供依據。【方法】 11具新鮮骶骨標本用于實驗，雙能X線吸收法(DEXA)評價骨密度。在同一骶骨上，依次建立非PMMA強化和PMMA強化骶骨釘的固定模型如下，A組：單皮質椎弓根釘

2、;B組：雙皮質椎弓根釘;C組：傳統PMMA強化單皮質椎弓根釘;D組：后凸成形PMMA強化椎弓根釘;E組：后凸成形PMMA強化側翼釘。在MTS試驗機上對五種骶骨釘依次進行軸向拔出測試，記錄最大承受拔出力并比較。【結果】 11具標本的平均骨密度為(0.71 ± 0.08) g/cm2。A組的螺釘拔出力(508 N)顯著低于其它4種固定組(P < 0.05)。B組的螺釘拔出力(685 N)與E組(702 N)無顯著差異(P > 0.05)，但是，兩者的拔出力均顯著低于C和D組(P < 0.05)。重要的是，D組(986 N)的拔出力顯著高于C組(846 N)。【結論】 在

3、骨質疏松患者的骶骨固定中，雙皮質骶骨椎弓根釘較單皮質具有顯著的力學優勢。骶骨椎弓根釘一旦發生松動，傳統的和后凸成形PMMA強化技術均可成為補救手段，并且后凸成形PMMA強化骶骨椎弓根釘可獲得最堅強的錨定。 【關鍵詞】  腰骶融合; 骨質疏松; 骶骨釘; 骨水泥強化; 生物力學Abstract： 【Objective】 To evaluate the biomechanical effect of kyphoplasty-assisted polymethylmethacrylate (PMMA) augmented technique on the sacral screw fixa

4、tion strength in osteoporotic condition， and provide evidences for choosing rigid salvage techniques for sacral screw revision. 【Method】 Eleven fresh osteoporotic cadaveric sacra were used in this study and bone mineral density (BMD) of each specimen was measured by dual-energy radiograph absorptiom

5、etry (DEXA). Sacral screws with and without PMMA augmentation were sequentially established on the same sacrum as follows， Group A： unicortical pedicle screw; Group B： bicortical pedicle screw; Group C： pedicle screw with traditional PMMA augmented technique; Group D： pedicle screw with kyphoplasty-

6、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 material testing machine， and the maximum bear pull-out strengths were measured for comparison. 【Results】 The average BMD of 11 sp

7、ecimens was 0.71 ± 0.08 g/cm2. Group A (508 N) exhibited significantly less pull-out strength compared with all the other groups (P < 0.05). No statistical difference on pull-out strength was detected between Group B (685 N) and E (702 N) (P > 0.05); however， the two techniques exhibited

8、markedly lower pull-out strength than Group C and D (P < 0.05). 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 osteoporotic patient， bicortical sacral pedicle screw could acquire significant mecha

9、nical advantage over unicortical. Once the loosening of pedicle screw occurs， the traditional and kyphoplasty-椎弓根釘固定是腰骶融合中普遍使用的固定方法。骶骨椎弓根釘作為脊柱的尾端固定，尤其在骨質疏松患者容易發生松動1-3。骶骨釘松動不僅可導致固定區域假關節形成和矯正丟失，而且容易引發腰骶部的軸向疼痛。目前，雖然對松動的椎弓根釘有多種補救方法，但是骨水泥(polymethylmethacrylate，PMMA)強化以其操作簡單且即刻穩定效果良好，已成為補救椎弓根釘松動的首選4。PMMA

10、強化通常采用兩種路徑4-6：一種是釘道內注射PMMA的傳統強化方法;另一種是通過球囊在松質骨內擴張制造空腔，并在腔內注入PMMA。生物力學研究進一步證實后凸成形PMMA強化椎弓根釘較傳統PMMA強化可獲得更高的固定強度6。骶骨椎弓根粗大，從椎體到側翼均富含松質骨。近年，臨床已經采用椎體成形和后凸成形技術治療骨質疏松性骶骨骨折7，同時還有研究探討PMMA強化對松動的骶骨椎弓根釘的翻修效果8-9。然而，后凸成形PMMA強化對骶骨椎弓根釘和側翼釘的生物力學影響尚未清楚。因此，本研究的目的是對單皮質椎弓根釘、雙皮質椎弓根釘，傳統PMMA強化椎弓根釘、后凸成形PMMA強化椎弓根釘和側翼釘的固定強度進行比

11、較，以明確何種PMMA強化技術可作為骶骨椎弓根釘理想的補救手段。1 材料與方法1.1 材 料11 具受捐成人新鮮尸體骶骨標本(來源于中山大學中山醫學院解剖實驗室)用于實驗。其中，男5具，女6具;死亡年齡為 66 83歲，平均74.4歲。經X 線攝片排除腫瘤、炎癥及解剖學變異，并采用DEXA對L1-L4的骨密度(bone mineral density，BMD)的平均值進行測定后，用雙層塑料袋密封，置于-30 的恒溫冷凍箱內保存。實驗前，將標本在室溫下解凍24 h后，細致切除附著肌肉和韌帶。1.2 五種骶骨釘固定模型的建立在同一骶骨標本上，使用直徑7 mm Moss Miami骶骨釘(DePuy

12、公司提供)和PMMA(Stryker 公司提供)強化，依次建立骶骨釘固定和測試模型如下：A組，單皮質椎弓根釘;B組，雙皮質椎弓根釘;C組，傳統PMMA強化椎弓根釘;D組，后凸成形PMMA強化椎弓根釘;E組，后凸成形PMMA強化側翼釘(圖1)。首先，在骶骨的左和右側分別置入單皮質(A組)和雙皮質椎弓根釘(B組)。進釘點均選擇在S1上關節突下緣外側5 mm處10。用開路器刺破皮質，將骨錐平行于S1上終板并與矢狀面成角25°刺入椎體10。使用直徑6 mm攻絲擴髓，深度達3.5 mm后取出。用探針確認釘道四壁無破損后，測量釘道長度，將椎弓根釘置入釘道，并且使單皮質螺釘前端距骶骨前方皮質2 m

13、m和雙皮質螺釘前端穿透前方皮質2 mm(圖2)。拔出力測試后，取出單皮質和雙皮質椎弓根釘。將PMMA充分攪拌1 mim，裝入注射管中并等待2 min 至“面團”期后，將PMMA注滿左側單皮質骶骨釘道，然后迅速地將相同規格的骶骨釘再次旋入(C組)4。拔出測試后，將該椎弓根釘道和雙皮質釘道前皮質口用松質骨緊密填塞。于左側翼，選擇與椎弓根釘相同的進釘點，骨錐平行于骶骨翼上面刺向骶骨耳狀面前端，再用直徑7 mm攻絲擴髓至前方皮質處10。在透視下分別將長度為15 mm球囊(龍冠公司提供)置入雙皮質釘道和左側翼釘道，并使球囊前端距離側翼前方皮質5 mm處。在松質骨內使球囊擴張至內壓為14 kPa，維持15 min后，取出球囊。將PMMA注滿兩個釘道后，置入螺釘(D和E組)，并保證螺釘不穿透前方皮質(圖2)。1.3 生物力學測試在858型MTS材料試驗機上，通過自制的拔出力裝置，對骶骨釘行軸向拔出力測試。拔出速度為0.01 mm/s。拔出過程中的拉力和位移通過MTS內的傳感器連續記錄到MTS專用電腦。實驗按螺釘置入的先后順序進行，在測試中用加濕器使標本始終保持濕潤。1.4 數據解析根據螺釘軸向拔出的數據，繪制力-位移曲線，曲線的頂點值定義為最大承受拔出力。采用SPSS軟件(vers