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適応型ペディクルスクリューの実験的検証-形状記憶合金を使用した新しいインプラントコンセプト
Experimental validation of adaptive pedicle screws-a novel implant concept using shape memory alloys.
PMID: 31741288 DOI: 10.1007/s11517-019-02059-x.
抄録
ペディクルスクリュー固定は脊椎手術の標準的な手順である。欠損した（例えば、骨粗鬆症）骨または再置換術後の二次供給での安全な固定は大きな課題である。本研究は、従来のスクリュー設計による新しい自己拡張型形状記憶アクチュエータスクリューコンセプトの一次安定性を試験することを目的としています。アクチュエーター部は、インプラント後に体温に加熱することで、それ自体を骨盤環境に対して固定します。30本のスクリューと24枚のアクチュエータシートを製造し、7体のヒトの椎骨を用いてインビトロで試験を行いました。引き抜き力および引き抜きのための機械的仕事を評価した。骨質はμCTから決定した。使用した形状記憶合金（SMA）シートの平均アクチュエータシート圧縮力は平均-8.2±0.6Nであった。引き抜き力は、標準スクリューで平均868±392 N、SMAスクリューで平均828±353 Nであった。機械的作業は最初の100Nの後に行われ、引抜き力の40%のひずみ抵抗の損失は、標準ねじで平均2.2±1.6N・m、SMAねじで平均1.7±0.9N・mでした。その結果、新しいコンセプトは、従来のスクリュー設計と比較して非劣性を示した。グラフィカルアブストラクト。
Pedicle screw fixation is a standard procedure in spine surgery. A secure anchoring in deficient (e.g., osteoporotic) bone or in a secondary supply after a revision is a major challenge. This study aimed to test the primary stability of a new self-expanding shape memory actuator screw concept with the traditional screw design. The actuator part braces itself against the osseous environment after implantation by heating to body temperature. Thirty screws and twenty-four actuator sheets were manufactured and tested in vertebrae from seven human cadavers in vitro. The pullout force and mechanical work for the pullout were evaluated. Bone quality was determined from μCT. The mean actuator sheet compression force of the used shape memory alloy (SMA) sheets averaged - 8.2 ± 0.6 N. Seven of the SMA screws activated correctly after the implantation, four activated unilaterally only. The pullout force averaged 868 ± 392 N for the standard screws and 828 ± 353 N for the SMA screws. The mechanical work was conducted after the first 100 N, and the loss of strain resistance of 40% of the pullout force averaged 2.2 ± 1.6 Nm for the standard screws, and 1.7 ± 0.9 Nm for the SMA screws. Consequently, the novel concept showed non-inferiority compared with the traditional screw designs. Graphical abstract.