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背景：椎弓根螺钉固定系统因其三柱稳定性等诸多优点已成为目前应用最为广泛的脊柱后路内固定器械,其对脊柱骨折、滑脱、肿瘤切除后重建、退行性病变、畸形矫正等都有着肯定的治疗效果,已成为脊柱后路稳定的金标准。然而,随着老龄化社会的到来,骨质疏松(osteoporosis, OP)患者日益增多,骨矿物质密度的降低致使椎体抗压强度明显下降,严重影响钉骨界面的结合强度,使患者面临螺钉松动、固定失败的风险。因此,如何提高骨质疏松条件下椎弓根螺钉的稳定性已成为脊柱外科一大挑战。目前临床上通常使用骨水泥强化普通椎弓根螺钉(Conventional pedicle screw, CPS)的方式来提高其在骨质疏松条件下的稳定性,而可灌注骨水泥椎弓根螺钉(Fenestrated pedicle screw, FPS)的出现巧妙的配合了骨水泥的使用,使该种方法的临床应用得到了很大的推广；近年来发明的可膨胀式椎弓根螺钉(Expansive pedicle screw, EPS)亦可提高螺钉的稳定性,加之没有骨水泥渗漏风险已成为目前研究的热点之一,而二种新型螺钉在力学稳定性方面的差异尚不明确,本课题围绕此问题展开研究。目的：通过普通椎弓根螺钉、可灌注骨水泥椎弓根螺钉及可膨胀式椎弓根螺钉在骨质疏松尸体椎体标本上进行生物力学实验测试,比较不同椎弓根螺钉的最大拔出力、刚度和能量吸收值的区别,骨密度与最大拔出力的关系。探讨骨质疏松条件下可膨胀式椎弓根螺钉和可灌注骨水泥椎弓根的稳定性及有效性,为临床应用提供理论基础和生物力学依据。方法：选取平均年龄70.4岁尸体脊柱标本(T12-L5)5具,共30个椎体,排除肿瘤、骨折及病理性改变,依据骨密度(Bone mineral density, BMD)诊断标准测量确诊为骨质疏松,所有实验用椎体标本在标本制作、椎体生物力学材料选择、力学性质、加载测量方法等方面均需要求一致。将可灌注骨水泥椎弓根螺钉置入到所有椎体的一侧椎弓根,并通过配套骨水泥灌注器向椎体内统一注入骨水泥1.5m1,为可灌注骨水泥椎弓根螺钉组(FPS组)。随机将另一侧椎弓根分为可膨胀式椎弓根螺钉组(EPS组)和普通椎弓根螺钉组(CPS组),各有15个椎弓根,观察可灌注骨水泥椎弓根螺钉组骨水泥渗漏情况,分别进行轴向拔出实验的生物力学测定。结果：1.置钉过程中未发生椎弓根骨折、破裂,穿破椎体前缘现象；在直视及X线检查下均未发现有骨水泥渗漏现象。2.骨密度测定结果FPS组、EPS组及CPS组的骨密度分别为0.686±0.025g/cm2、0.692±±0.023g/cm2和0.680±±0.026g/cmm2,任意两组间比较均无显著性差异(p>0.05)3.最大轴向拔出力FPS组较CPS组提高87.5%,FPS组较EPS组提高26.0%,EPS组较CPS组提高48.8%,任意两组之间比较均有显著性差异(p<0.05)。4.刚度FPS组、EPS组及CPS组的刚度分别为222.700±31.887 N/mm、 194.933±15.309N/mm及166.933±26.185N/mm、任意两组之间比较均有显著性差异(p<0.05)。5.能量吸收值FPS组、EPS组及CPS组的能量吸收值分别为2.851±0.410J、2.043±0.378J及1.188±0.340J,任意两组之间比较均有显著性差异(p<0.05)6.最大拔出力与BMD在一定程度下,最大拔出力与BMD成正相关性(p<0.05)。结论：通过对可膨胀式椎弓根螺钉及可灌注骨水泥椎弓根螺钉在骨质疏松椎体标本上的生物力学研究发现,在骨质疏松条件下,二者均能够显著增加椎弓根螺钉固定的稳定性,但以可灌注骨水泥椎弓根螺钉生物力学稳定性为佳,为临床应用提供了基础研究依据。