骨质疏松性椎体压缩骨折（osteoporotic vertebral compression fracture，OVCF）是脊柱骨质疏松最常见的并发症，好发于胸腰椎，可引起骨折部位急慢性疼痛和椎体高度丢失，并可导致进行性后凸畸形。对陈旧性OVCF所致的后凸畸形，开放性手术如前后路减压融合内固定及截骨矫形可以改善局部序列，实现椎体成形术（percutaneous vertebroplasty，PVP）及椎体后凸成形术（percutaneous kyphoplasty，PKP）难以完成的后凸矫形，重建矢状面平衡。由于OVCF患者年龄偏大，部分患者一般情况较差，且骨质疏松导致椎体脆性增高，使手术以及术后内固定失效的风险升高。前路手术存在入路复杂、力学稳定性较差等问题，目前大部分研究集中于后路手术。由于单纯减压固定存在后凸矫正度数的限制，因此需要截骨矫正后凸畸形。对伴有后凸畸形的陈旧性OVCF患者，因骨密度的降低使螺钉把持力下降，而螺钉一旦松动势必影响矫形效果。多数研究采用骨水泥增强椎弓根螺钉治疗，增加了椎体的轴向拔出力，提高了螺钉的稳定性。不同截骨方式的选择是决定患者能否获得良好手术效果的重要因素。

目的:运用有限元法分析评价不同骨密度条件下椎弓根螺钉拔出过程中的应力分布和最大拔出力，探讨安全植入椎弓根螺钉内固定的最低骨密度。方法:基于河北医科大学第三医院2021年1月就诊的1例健康男性志愿者的腰椎CT平扫数据和标准椎弓根螺钉参数，建立腰1椎体和椎弓根螺钉的三维模型，将椎体按骨密度值(QCT法)分为A组(BMD＝120 mg/cm 3)、B组(BMD＝110 mg/cm 3)、C组(BMD＝100 mg/cm 3)、D组(BMD＝90 mg/cm 3)、E组(BMD＝80 mg/cm 3)；依据参考文献完成材料赋值后，向所建立的5组有限元模型模拟轴向拔出力实验，观察各组螺钉应力分布及最大轴向拔出力，对所测指标进行不同骨密度之间的对比分析。采用单因素方差分析。 结果:A~E组有限元模型的最大拔出力分别为(1 834±78)、(1 626±65)、(1 441±55)、(1 141±48)、(1 039±42) N，组间比较差异有统计学意义( F＝3.413， P<0.05)。骨密度每下降10 mg/cm 3，最大轴向拔出力相应下降11%、23%、43%、51%。螺钉最大主应变出现在螺钉的尾端，拔出过程中螺钉的最大应力由尾端逐渐向头端移动。 结论:随着骨密度下降，椎弓根螺钉稳定性会相应出现减低。最大拔出力从D组(BMD＝90 mg/cm 3)开始出现大幅度下降。故对需要行椎弓根螺钉内固定的患者，术前应常规行QCT法检测骨密度，当椎体骨密度低于90 mg/cm 3(男性≥70岁，女性≥60岁)时，不建议单独应用椎弓根螺钉系统。

目的:评估颈椎前路椎弓根基底部螺钉（ATPRS）在骨质疏松椎体中的生物力学拔出力性能。方法:选取正常成人骨质疏松颈椎（C3-C7）湿性标本9具（男5具，女4具），每具标本双侧随机置入颈椎前路椎弓根基底部螺钉（ATPRS）、颈椎前路椎弓根螺钉（ATPS）或颈椎前路椎体螺钉（VBS），即平均分成3组（ATPRS比ATPS，ATPRS比VBS，ATPS比VBS），每组3具。所有标本行薄层CT扫描后，将DICOM格式数据导入Mimics软件，进行三维重建，再设计ATPS组的导板并通过3D打印机快速打印成型。ATPS通过导板指导下置钉，ATPRS和VBS行徒手置钉。最后将椎体放置于生物力学实验机上，各组螺钉进行拔出力试验，对比拔出力性能。结果:ATPRS、ATPS和VBS的平均最大拔出力分别为（287.94±76.78）N、（462.23±174.35）N和（169.20±89.07）N，组间比较，差异均有统计学意义（均 P<0.05）。 结论:ATPRS的拔出力要优于VBS，可为ATPRS在临床上的运用提供生物力学方面的支持。

椎弓根螺钉内固定系统在脊柱外科手术中扮演着关键角色，具有增加脊柱稳定性的优势，但存在内固定松动和螺钉拔出等潜在并发症。目前常采用轴向拔出力评估内固定的短期生物力学特性、疲劳试验评估内固定的长期生物力学特性、扭矩评估螺钉与脊椎骨质的相互作用。影响椎弓根螺钉生物力学特性的因素包括脊椎相关因素（骨密度）和螺钉相关因素（螺钉尺寸、螺钉设计和螺钉增强材料）。在高骨密度的骨骼中螺钉轴向拔出力可显著增加，而通过增加螺钉直径和长度、改进螺钉设计并使用螺钉增强材料也可以提高螺钉的固定强度。椎弓根螺钉内固定的生物力学研究为实现个体化和功能性最优通道选择提供了关键信息，设计具有最佳固定强度的螺钉通道有望降低螺钉松动的风险，减少手术并发症的发生，提高手术效果。

目的:通过对前路枕骨髁螺钉钢板系统在枕颈融合中的生物力学研究，来探讨该技术应用于单纯前路枕颈融合手术的可行性。方法:选取6具颈椎标本，男4具，女2具，死亡年龄（49±8）岁。对标本进行软组织剥离建立正常模型组，切除正常模型寰椎前弓、部分寰椎侧块、齿状突、齿突尖韧带、翼状韧带、寰椎横韧带，破坏关节囊，制作枕颈不稳模型，前路斜坡螺钉置钉建立斜坡螺钉固定模型，随后在原标本采用前路枕骨髁螺钉置钉建立枕骨髁螺钉固定模型。分别给予4组模型1.5 N·m的前屈、后伸、侧弯、旋转力矩，测量标本C 0-C 1与C 0-C 2的活动度（ROM）。最后进行拔出力试验，比较单双皮质固定对螺钉抗拔出力的影响。 结果:在C 0-C 1节段，斜坡螺钉组的前屈、后伸、侧弯及旋转活动度分别为6.46°±0.85°、5.14°±0.76°、2.73°±0.36°、1.12°±0.41°，枕骨髁螺钉组的活动度分别为5.92°±0.90°、4.16°±1.06°、2.86°±0.50°、1.05°±0.27°；在C 0-C 2节段，斜坡螺钉组的活动度分别为9.55°±1.99°、10.46°±2.03°、6.90°±1.29°、13.51°±1.37°，枕骨髁螺钉组的活动度分别为8.14°±1.38°、9.53°±1.55°、4.75°±1.06°、7.90°±1.68°，枕骨髁螺钉组较斜坡螺钉组的侧弯及旋转ROM明显下降，差异存在统计学意义（均 P<0.05）。单皮质固定的枕骨髁螺钉最大拔出力为（408±28）N，双皮质固定最大拔出力为（439±33）N，两组差异有统计学意义（ P<0.05）。 结论:前路枕骨髁螺钉钢板系统能够提供有效的生物力学稳定性，且在抗侧弯和抗旋转性能上比前路斜坡螺钉更具优势。

目的:设计一种新型的用于内镜缝合的电磁弹射器，以实现缝合钉的连续发射。方法:依据电磁弹射的基本原理，设计缝合钉结构和电磁弹射装置，并制作样机；构建电磁弹射装置的有限元模型，研究电枢-线圈中心距和不同驱动电压对缝合钉出射速度的影响；搭建电磁弹射速度实验平台，采用高速摄影机对出射速度进行检测；搭建缝合钉嵌入实验平台，测量不同电压下发射速度对嵌入胃壁组织的影响；搭建缝合钉拔出力实验平台，对不同驱动电压下缝合钉嵌入组织的效果进行拔出力评估。结果:设计了缝合钉结构和电磁弹射装置，并制作了样机。出射速度随着电枢-线圈中心距的增大，先增加后降低，且在中心距为18 mm时，出射速度最大，为15.81 m/s。中心距为18 mm时，电压与出射速度呈线性关系，缝合钉实验值与仿真值基本吻合。驱动电压为150～180 V时，缝合钉均可成功嵌入组织中，且180 V电压组的嵌入程度更深。120、150、180和210 V电压下缝合钉的拔出力分别为（0.49±0.19）、（1.14±0.19）、（1.23±0.15）、（1.85±0.31）N。结论:设计了一种新型的电磁弹射式内镜缝合器，能够实现缝合钉连续发射，为智能化微创外科手术器械提供了一种新的远距离驱动方式。

目的:比较椎间孔螺钉（paravertebral foramen screws，PVFS）、侧块螺钉（lateral mass screws，LMS）与椎弓根螺钉（pedicle screws，PS）的生物力学强度。方法:选取8具新鲜冰冻尸体，男4具、女4具，死亡时年龄（45.3±11.2）岁。CT检查排除骨折、畸形、感染、肿瘤等疾病引起的骨质破坏或其他异常，最终筛选出30个C 3~C 6颈椎脊椎。将制备完成的颈椎节段标本顺序编号，应用随机数字表法将其随机分为三组，每组10个标本，分别用于双侧置入椎间孔螺钉（4.5 mm×12 mm螺钉）、侧块螺钉（3.5 mm×14 mm）与椎弓根螺钉（3.5 mm×24 mm螺钉）。随机选取一侧进行直接拔出力测试（速度5 mm/min），另一侧进行疲劳测试（位移±1.0 mm，频率1 Hz，循环500次）及残余拔出力测试。 结果:椎间孔螺钉的直接拔出力为（327.10±17.07）N，侧块螺钉为（305.71±11.63）N，椎弓根螺钉为（635.67±22.82）N。椎间孔螺钉的残余拔出力为（265.62±18.19）N，侧块螺钉为（192.80±17.10）N，椎弓根螺钉为（494.89±41.79）N。椎间孔螺钉、侧块螺钉和椎弓根螺钉的残余拔出力较直接拔出力均有不同程度降低（ tPVFS=7.795， tLMS=17.267， tPS=9.349， P<0.001），分别下降了18.8%、36.93%和22.15%。椎弓根螺钉的直接拔出力高于椎间孔螺钉和侧块螺钉（ t=34.245， t=40.741， P<0.001），椎间孔螺钉略高于侧块螺钉（ t=3.275， P=0.004）。残余拔出力椎弓根螺钉最高，椎间孔螺钉次之，侧块螺钉最小（ F=314.619， P< 0.001）。椎间孔螺钉的首次循环载荷和首次达到设定位置时载荷均高于侧块螺钉（ t=3.625， P=0.002； t=5.388， P<0.001）和椎弓根螺钉（ t=2.575， P=0.019； t=2.680， P=0.015），侧块螺钉与椎弓根螺钉的差异无统计学意义（ t=0.609， P=0.550； t=1.953， P=0.067）。椎间孔螺钉与椎弓根螺钉的末次循环载荷均高于侧块螺钉（ t=5.341， P<0.001； t=3.439， P=0.003），但椎间孔螺钉与椎弓根螺钉的差异无统计学意义（ t=1.606， P=0.126）。 结论:椎间孔螺钉的直接拔出力略高于侧块螺钉，残余拔出力明显高于侧块螺钉，抗疲劳性能与椎弓根螺钉相近并明显优于侧块螺钉，因此，颈椎椎间孔螺钉具有作为侧块螺钉和椎弓根螺钉有效替代的潜能。

腰椎椎弓根螺钉置入是目前腰椎融合手术中常用的固定方法.从后方结构经椎弓根直至椎体内贯穿"三柱"的螺钉可以为固定提供充足的把持力.然而,对于骨质疏松患者,由于骨密度降低,骨松质薄弱、稀疏,使得椎弓根螺钉固定的强度减弱,以致出现松动、切割、拔出等并发症,影响腰椎融合术的手术效果.为此,有学者通过改进螺纹设计、改良置钉方法以及应用骨水泥强化等方法提高骨质疏松患者椎弓根螺钉固定强度[1-2].2009 年,Santoni等[3]首次提出皮质骨轨迹螺钉,置入轨迹为由椎弓峡部经椎弓根直达椎体后上份,经生物力学测试证实了其在骨质疏松椎骨上具有足够的抗拔出力.此后,有学者将皮质骨轨迹螺钉应用于临床,获得了良好的效果[4-5].2014 年 6 月—2015 年 5 月,本院应用皮质骨轨迹螺钉行腰椎融合术治疗腰椎退行性疾病患者 12 例,现将初步应用情况报告如下.

本实验研究对骨科拉力螺钉在紧固阶段的抗拔出力和骨折块间加压力的关系进行探讨.利用6.5 mm松质骨拉力螺钉和标准人工骨进行测试.实验包含旋转置入测试和随后的螺钉拔出测试两部分,分别记录不同紧固角度下螺钉的骨折块间加压力和抗拔出力.结果发现拉力螺钉产生的骨折块间加压力和抗拔出力随紧固角度呈现特定的变化规律且不同时到达峰值.本实验揭示了拉力螺钉紧固阶段的力学环境变化,并发现了确定其最佳置钉终止时机的有效方法.

目的 研制符合胸锁关节解剖学特点、固定可靠、手术操作简便的解剖锁定钢板,为治疗胸锁关节脱位或周围骨折提供一种理想的内固定器械.方法 取8具(16侧)成人防腐、湿润胸锁关节标本,分别采用大体测量和CT测量胸锁关节周围骨性结构参数(包括胸骨柄厚度、胸骨切迹宽度、锁骨近端1/3的前后径、锁骨近端1/3的上下径、锁骨近端与胸骨柄在冠状面的夹角、胸锁关节在解剖位向前的成角),设计并研制出胸锁关节解剖锁定钢板.标本均用手术刀完全切断胸锁韧带及关节囊,造成胸锁关节完全脱位模型.将每具标本的左、右侧胸锁关节随机配对分为试验组(解剖型锁定钢板固定)和对照组(斜T形锁定钢板固定).在万能力学试验机上模拟胸锁关节活动及常见受力机制,分别进行锁骨远端负载、胸锁关节扭转、钢板螺钉抗拔出3项生物力学性能测试.结果 标本大体测量与CT测量的各项解剖学参数比较差异均无统计学意义(P＞0.05).锁骨远端负载试验中,在解剖位垂直于锁骨远端向后加载至20 N时,试验组加载点的位移为(8.455±0.981)mm,显著小于对照组的(10.163±1.379)mm(t=-3.012,P=0.020);两组锁骨远端向上加载点的位移[分别为(5.427±1.154)、(6.393±1.040) mm]比较差异无统计学意义(t=-1.459,P=0.188).胸锁关节扭转试验中,顺时针扭角为2、4、6、8、10°时以及逆时针扭角为4、6、8、10°时,试验组扭矩显著大于对照组(P＜0.05).顺时针和逆时针扭转时试验组扭转刚度分别为0.122、0.108 N.m/°,均显著高于对照组的0.083、0.078 N.m/°(F=67.824,P=0.000;F-20.992,P=0.002).钢板螺钉抗拔出试验中,试验组最大抗拔出力为(225.24±16.02)N,显著大于对照组的(174.40±21.90)N(t=5.785,P=0.001).结论 新设计的胸锁关节解剖锁定钢板可实现胸锁关节的三维固定,具有固定可靠、手术操作简便、创伤小、生物力学性能优越、利于早期功能锻练的优势,可能成为临床治疗胸锁关节脱位及周围骨折的一种较理想的内固定器械.