目的 研究可吸收镁合金螺钉应用于寰枢椎脱位固定的可行性.方法 选用WE43型镁合金,设计4种不同螺纹形式(三角形、矩形、梯形、锯齿形)镁合金螺钉,对螺钉-聚氨酯试验块模型、寰枢椎固定系统模型进行有限元仿真分析,获得模型上的应力分布和位移分布.结果 按照ASTM F543标准对镁合金螺钉进行拔出力仿真分析,三角形、矩形、梯形、锯齿形螺纹螺钉上的应力分别为146.20、185.22,194.98,264.55 MPa,即三角形螺纹螺钉的抗拔出力最大,且应力峰值最小;用三角形螺纹镁合金螺钉进行寰枢椎固定可以满足颈部屈伸、旋转、侧倾所需的强度要求;在三角形螺纹螺钉表面喷涂羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)涂层后,螺钉上应力峰值降低了17.16 MPa,涂层上的应力在涂层与基体的结合强度范围内.结论 在相同载荷条件下,三角形螺纹螺钉具有较好的稳定性,抗拔出力性能最佳;使用热处理后的三角形螺纹镁合金螺钉进行寰枢椎固定,螺钉强度满足承载要求;在螺钉表面喷涂HA涂层,可优化螺钉的力学性能,并且涂层与螺钉之间有良好的结合强度.

目的 探讨镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉在治疗下胫腓联合损伤时在力学特性上是否与钛合金螺钉存在差异.方法 参照市售治疗下胫腓联合损伤的钛合金螺钉制作相同规格的镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉,取3种不同材质的螺钉(镁合金螺钉、羟基磷灰石涂层镁合金螺钉和钛合金螺钉),分成3组,即镁合金螺钉组、羟基磷灰石涂层镁合金螺钉组(简称羟基磷灰石涂层组)和钛合金螺钉组.将3种不同材质同种规格(直径2.7 mm×长30.0 mm、直径3.5 mm×长45.0 mm、直径4.5 mm×长45.0 mm)的螺钉分别进行最大扭矩和断裂扭转角实验、轴向拔出力实验、旋动扭矩(旋入、旋出)实验.结果 最大扭矩和断裂扭转角实验:镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉的最大扭矩小于钛合金螺钉,差异有显著统计学意义(2.7 mm×30.0 mm:镁合金螺钉组0.28 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组0.30 N·m±0.02 N·m,钛合金螺钉组 1.39 N·m±0.01 N·m.H=20.607,P=0.000＜0.01.3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组0.63 N·m±0.03 N·m,羟基磷灰石涂层组0.66 N·m±0.03 N·m,钛合金螺钉组2.81 N·m±0.05 N·m.F=11 738.224,P=0.000＜0.01.4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组 1.16 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组 1.16 N·m±0.04 N·m,钛合金螺钉组5.52 N·m±0.07 N·m.F=29 111.916,P=0.000＜0.01);而最大断裂扭转角在螺钉直径为2.7 mm时,差异无统计学意义(2.7 mm×30.0 mm:镁合金螺钉组221.20°±7.67°,羟基磷灰石涂层组224.39°±8.30°,钛合金螺钉组224.70°±1.95°.H=0.863,P=0.649＞0.05);而当螺钉直径增加至3.5 mm、4.5 mm时,扭转角明显小于钛合金组,差异有显著统计学意义(3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组125.00.±11.60°,羟基磷灰石涂层组128.00°±3.30°,钛合金螺钉组 138.20°±4.73°.H=20.979,P=0.000＜0.01.4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组 135.00°±6.68°,羟基磷灰石涂层组134.90.±2.85°,钛合金螺钉组185.30°±13.53°.H=19.560,P=0.000＜0.01).轴向拔出力实验:镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉轴向拔出实验最大载荷与钛合金螺钉轴向拔出实验最大载荷基本相当,差异无统计学意义(2.7 mm×30.0 mm:镁合金螺钉组297.40 N±17.80 N,羟基磷灰石涂层组291.40 N±7.11 N,钛合金螺钉组297.50 N±8.96 N.H=3.248,P=0.197＞0.05.3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组 364.30 N±23.34 N,羟基磷灰石涂层组358.20 N±8.84 N,钛合金螺钉组 364.70 N±23.69 N.F=0.336,P=0.717＞0.05.4.5 mm x 45.0 mm:镁合金螺钉组475.60 N±39.37 N,羟基磷灰石涂层组 469.70 N±23.24 N,钛合金螺钉组 490.30 N±8.62N.H=4.197,P=0.123＞0.05),失效方式均为材料失效.旋动扭矩(旋入、旋出)实验:镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉旋入扭矩、旋出扭矩与钛合金螺钉旋入扭矩、旋出扭矩基本相当,差异无统计学意义(旋入实验,2.7 mm x 30.0 mm:镁合金螺钉组0.07 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组 0.08 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组 0.08 N·m±0.01 N·m.F=0.617,P=0.547＞0.05.3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组0.15 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组0.08 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组0.08 N·m±0.02 N·m.F=0.559,P=0.578＞0.05.4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组 0.27 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组0.27 N·m±0.02 N·m,钛合金螺钉组 0.27 N·m±0.03 N·m.H=3.142,P=0.208＞0.05.旋出实验,2.7 mm x 30.0 mm:镁合金螺钉组0.06 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组0.06 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组0.06 N·m±0.01 N·m.F=0.368,P=0.696＞0.05.3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组0.12 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组0.13 N·m±0.02 N·m,钛合金螺钉组 0.11 N·m±0.02 N·m.F=1.429,P=0.257＞0.05.4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组 0.20 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组 0.20 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组 0.18 N·m±0.04 N·m.H=2.653,P=0.268＞0.05).结论 镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉与钛合金螺钉在最大扭矩和断裂扭转角之间有差异,但这并不影响在实际当中的应用.在轴向拔出和旋入与旋出扭矩之间均无明显差异,可以认为镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉作为骨科植入物在治疗下胫腓联合损伤时可以达到与钛合金螺钉相同的固定效果,且镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉的可降解性、与骨更相近的弹性模量及还可进一步促进骨折的愈合使其在治疗下胫腓联合损伤更具有优越性.