论文摘要
前言目前椎间融合被认为是治疗椎体节段失稳的常用方法，自体髂骨植骨一直被视为脊柱椎间融合的“金标准”，但其并发症较多，除供骨区疼痛、感染外，常出现植骨块滑移脱出，或因强度不够而塌陷。自1988年Bagby将一种原用于治疗马颈椎病的不锈钢融合器（cage）应用于临床治疗椎间盘源性腰痛并取得成功后，腰椎椎间融合器的应用日益广泛。我们采用新型钛合金为材料研制出一种腰椎椎间融合器（LMC，low modulus cage），本试验通过对其进行生物力学测试的结果，与临床上常用的Ti-6Al-4V材料制成的融合器进行对比，评价其是否符合人体力学需求。方法一、材料来源新型钛合金（Ti-Nb-Zr-Sn），由中国科学院金属研究所提供；应用Ti-6Al-4V合金采用同样的设计加工成的椎间融合器作为对照组。二、新型钛合金腰椎椎间融合器设计特点（1）设计规格长为25mm，宽9mm，高12mm。（2）整体设计成中空楔型，上下面呈圆弧状。（3）假体的上下表面两侧具有1.5mm高的锯齿。三、制作加工方法采用精密加工方法生产新型钛合金腰椎椎间融合器。四、生物力学检测对腰椎椎间融合器进行压缩试验、疲劳试验、抗沉陷试验。结果LMC的极限压缩负荷为（7193.75±697.97）N～（9808.43±170.18）N；它可承受2.0kN载荷循环加载5×106次；它与同样形状设计的Ti-6Al-4V腰椎椎间融合器相比具有较强的抗沉陷能力（P＜0.05）。讨论椎体，小关节，椎间盘和韧带以及椎体外部肌肉结构和功能的完整，是脊柱稳定的重要因素。椎间融合器是一种基于“支撑—压缩稳定机制的界面固定装置，它通过自身高度撑开狭窄的椎间隙，使松弛的纤维环，韧带，关节囊等软组织的张力得以恢复，在融合节段的肌肉韧带和纤维环的持续张力作用下，两个椎体与嵌合于其中的融合器达到三维力学固定；另一方面脊柱运动节段的纵向负荷及剪切应力通过融合器均分到脊柱的前中柱，避免应力集中，为椎间融合创造良好的力学环境。目前临床上应用的腰椎椎间融合器有很多种类型，制作材料主要有金属、碳素纤维、聚醚醚酮（PEEK）、异体皮质骨环和聚乳酸（PLA）等生物材料。金属材料的椎间融合器一直在临床中占有主导地位，但它的缺点也越来越受到人们的关注：一方面金属在体内腐蚀释放出的金属离子会诱发一系列的不良反应，如不锈钢中的Ni离子析出后会诱发严重的病变，钴合金中的Co、Ni元素会引起严重的致敏性，常用的医用钛合金中的V也对人体有一定的危害；另一方面目前制造椎间融合器的金属弹性模量（100～200GPa）比骨质（1～30GPa）大很多，在融合器植入人体后产生应力分布失衡，这种应力的不匹配造成的应力遮挡作用会使骨质疏松、融合器发生陷落。因此人们在研发生物材料椎间融合器的同时一直在努力改善金属融合器的特性使其更适合人体的要求。LMC构成的金属元素完全无毒，经过生物力学测试，其设计合理，具有足够支撑椎间隙的强度，其较低的弹性模量可以更好的与骨组织相容避免应力遮挡，与同样形状设计的Ti-6Al-4V椎间融合器相比具有较强的抗沉陷能力，符合人体力学要求。结论LMC符合人体力学要求。