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The Biomechanical Design of the Structure and Interface
of the Artificial Vertebral Body
1材料与方法
(1)在SWD-10型材料试验机上对12个脊柱标本进行轴向加载，求出不同区域内标本压缩形变范围，并根据所得数据设计了一种以切口弹簧为主的新型人工椎体。
(2)将珍珠颗粒、羟基磷灰石(HA)和活性玻璃陶瓷三种不同材料用于表面处理的人工椎体植入动物体内，12周后取出局部组织检测其界面的生物相容性并与正常椎体与椎间盘的界面相容性做力学比较。
2结果
2.1正常脊柱与人工椎体整体生物力学特性
正常脊柱在纵向载荷下表现出复合组织结构力学特征，在小载荷时脊柱表现出软组织的力学特性(A段)，以后一段为弹性形变区(B段)，最后一段载荷急剧增加而变形较小(C段)(如下图1所示)。
图1脊柱纵向载荷——变形特性
我们按照正常脊柱单位纵向载荷——变形特性设计出的人工椎体在整体上能较好的模拟正常脊柱单位的生物力学特性。
2.2不同表面处理的界面的组织相容性
正常脊柱椎体与椎间盘的纤维板的界面破坏力为50.2 N，珍珠颗粒表面处理的钛合金与骨界面破坏力为19.5 N，喷涂HA的钛合金与骨界面破坏力为45.1 N，喷涂活性玻璃陶瓷的钛合金与骨界面破坏力为48 N，喷涂HA或活性玻璃陶瓷比珍球颗粒表面的钛合金种植体增加2倍抗剪强度。
图2人工椎体的构造
3讨论
人工椎体目前是医学和工程界致力探索的难题，目前报道的人工椎体只解决了脊柱的支撑问题，但不具备纵向弹性和前、后、左、右的弯曲功能，作为一种长期植入人体的替代物会限制脊柱的活动，并易在假体两端界面产生应力集中，加之人工椎体与椎体的界面的生物相容性较差，易导致加体松动和移位。
弹性活动式人工椎体的切口弹簧设计能模拟正常脊柱单位的运动性能，植入人体后对脊柱的力学环境扰动不大，有利于术后患者功能的恢复和减少界面的应力集中。珍珠颗粒表面处理具有一定的生物相容性，羟基磷灰石和活性玻璃陶瓷则具有较好的生物相容性，经喷涂HA和活性玻璃陶瓷的钛合金与骨的生物相容性接近正常椎体与椎间盘间的界面破坏力。
因此，经HA或活性玻璃陶瓷表面处理的弹性活动式人工椎体将有很好的运用前景。
参考文献
1原林，松林，钟世镇.弹性活动式人工椎体构形及其力学性能.医用生物力学，1995；10(4)∶245
2原林，吴增辉，朱青安等.颈、胸、腰段脊柱压缩性能的实验研究.医用生物力学，1996；11(3)∶175
3侯铁胜.腰椎间盘的生物力学.医用生物力学，1993；8(4)∶240
4宁丽等.国外磷灰石陶瓷-机体界面研究近况.国外医学生物医学工程分册，1995；18(2)∶150
5Cannus M. Biomatrial, 1990, 11(4)∶281
6Kozo O N. Biometrial 1990, 11(4)∶265
