⑥螺钉质量螺钉质量(包括所选用合金材料种类的好坏、刚度强度大小、生产工艺高低等)对其椎弓根固定稳定性、牢固性很重要。发现经椎弓根螺钉固定后螺钉弯曲或折断,Esses等[1]认为是与螺钉机械强度不够、刚度达不到内固定的要求、质量不合格有关。Matsuzaki等认为发生断钉是螺钉质量不过关的典型表现,他认为一定要对每一种螺钉等器械应用于临床前进行材料生物力学检测,质量合格后才能应用。
⑦负荷大小、周期性次数 Goel等[7]指出疲劳试验研究基本特征是在人为条件下,施加一定量的预负荷于标本,在一定的频率下周期性作用于内固定器械来研究其疲劳反应及其变化规律。但目前不同试验研究的预负荷、频率、周期性负荷次数都不统一。Cunningham.等[21]研究结果表明:①在400N水平VSP、LSOLA、TSRH、加压CD棒系统疲劳次数超过100万次;②在500N水平VSP、ISOLA、TSKH、加压CD棒系统疲劳次数达60万次时出现疲劳;③在600N水平,4种器械内固定系统平均20万次即出现疲劳反应。可见椎弓根螺钉内疲劳与其受力、疲劳次数、频率均有关。Myers等[13]用MTS对单根螺钉固定进行疲劳试验,测其轴向拔出力,表明疲劳次数增加,拔出力下降。在相同疲劳条件下,Wittenberg等[2]AO螺钉平均73300次出现疲劳,VSP螺钉平均20800次出现疲劳,强度-疲劳次数关系,结果发现螺钉固定强度随疲劳次数增加而下降,但不是线性相关。疲劳次数低于4000次时,各螺钉固定强度无统计学差异。
3 预防椎弓根螺钉固定疲劳的措施
预防椎弓根螺钉固定目的是要获得牢固稳定的内固定以达到临床治疗目的。因此防止预防椎弓根螺钉固定产生疲劳问题又成为人们研究的热点。提高骨密度,防止骨质疏松是经椎弓根螺钉固定稳定牢固的基础[12]。Pfeiffer等[12]对Ⅲº骨质疏松者准备螺钉孔道后,用适量PMMA骨水泥填入孔道再拧入螺钉固定,结果可以提高螺钉轴向拔出力,固定更牢靠稳定,从而防止疲劳。Chiba等[22]研究通过附加椎板钩辅助固定可能减少椎弓根螺钉负荷而减少疲劳发生。Stovall等[23]研究腰骶椎融合术时也应用附加椎板钩辅助固定,也明显增强内固定牢固性。Dick等[24]研究在椎弓根螺钉骨固定器械两侧纵行板或棍间用横杆连结装置可以提高其固定强度,有利于防止疲劳。Lim[25]又研究了横杆连结装置最佳位置,认为双横杆最佳位置是近侧端杆位于纵行板或棍1/4处作用最大;远侧横杆应位于纵杆1/8处起作用大。另外,提高外科医生手术技术水平、技巧、熟练程度,对椎弓根螺钉内固定牢固稳定、降低疲劳也是一项重要措施。
4 椎弓根螺钉疲劳研究存在问题
虽然椎弓根螺钉疲劳生物力学研究做了许多工作,但有些方面有待进一步研究,主要有:①不同年龄段疲劳指标正常参考值没有确立;②疲劳与螺钉受力方向的关系没有报道;③中国人应用椎弓根螺钉的疲劳生物力学研究。
5 参考文献
Esses,Stephen I.Barton L,et al.Complications associated with the technique of pedicle screw fixation .Spine,1993,18(15):2231
Wittenberg,Shea M,Edwards,et al.A biomechanical study of the fatigue characteristics of thoracoolumbar fixation in a calf spine model .Spine,1992,17(6):S121
Yamagata N,Mechanical stability of the pedicle screw fixation systems for the lumbar spine.Spine,1992,17(3):51
Zdebilck,David N,Kunz,et al.Pedicle screw pullout strength .Spine,1993,18(12):1673
Smith N.In vito spinal biomechanics.Spine,1991,16(10):1204
Wilke HJ,Stefan K,Lutz Claes,et al.Bicmechanical comparison fo calf and human spines.J Orthop Res,1996,14(3):500
Goel VK,Winterbottom JM,Weinstein JN,et al.A method for the fatigue testing of pedicle screw fixation devices,J Biomech,1994,27(11):1383
Halvorson,Lee A,Kelley ,et al.Effects of bone mineral density on pedicle screw fixation.Spine,1994,19(21):2415
Okuyama K,Sato K,Abe E,et al.Stability of transpedicle screwing for the osteoporosis:An in vitro strdy of the mechanical stability.Spine,1993,18:2240
Kumano,Hirabayashi,Ogawa,et al.Pedicle screws and bone mineral density .Spine,1994,(10):1157
Oxland,Thomas R,Lound,et al.The relative importance of vertebral bone density and disc degeneration in spinal flexibility and interboby implant performance,Spine,1996,21(22):2558
Pfeiffer,Lars G,Gibertson,et al.Effect of specimen fixation method on pullout tests of pedicle screws.Spine,1996,21(9):1037
Myers,Barrys,Philip J,et al.The role of imaging and in situ biomechanical testing in assessing pedicle screw pullout strength.Spine,1996,21(17):1962
Brantley,Anna G,Jack K,et al.The effects of pedicle screw fit.Spine.1996,19(15):1752
Kwok,Joel A,Finkelstein,et al.Insertional torque and pullout strengths of conical and cylindrical pedicle screws in cadaveric bone.Spine,1996,21(21):2429
Mckinley,Robert F,Malarin,et al.The effect of pedicle morphometry on pedicle screw loading.Spine,1997,22(3):246
George,Daniel C,Martin H,et al .Hole preparation techniques for transpedicle screws.Spine,1991,16(2):181
Ronderos,Juan F,Rnald,et al .Comparative pullout strength of tapped and untapped pilot hole for bicortical cervical screws.Spine,1997 22(2):167
Stauber,Martin H,George S,et al .Pedicle screw placement with intraosseous endoscopy.Spine,1994,19(1):57
Matsuzaki,Tokuhashi,Matsumeto,et al Problems and solutions of pedicle screw plate fixation of lumbar spine.Spine,1990,15(11):1159
Cuningham,John C,