供稿人:王瑩瑩，王玲 發(fā)布日期：2018-05-27
近幾年來，引入各種表面改性手段形成粗糙或多孔表面來加強椎間融合器的骨整合性能十分普遍。然而，這些表面特征可能在臨床沖擊過程中受到損傷。佐治亞理工學(xué)院生物工程與生物科學(xué)研究所的研究人員比較了傳統(tǒng)的光滑聚醚醚酮頸椎融合器與兩種表面改性（具有多孔結(jié)構(gòu)或等離子噴涂鈦涂層的特征）聚醚醚酮融合器的沖擊耐久性。
研究中使用了三種頸椎椎間融合器：平滑聚醚醚酮、等離子鈦涂層聚醚醚酮和多孔聚醚醚酮（n=6）。在恒定的200N預(yù)負(fù)荷下，融合器在兩個模擬椎體的聚氨酯塊之間受到?jīng)_擊，融合器的后緣放置在聚氨酯塊之間的入口處，引導(dǎo)1磅重量以2.6m/s的速度撞擊前表面，用以代表外科安裝時的打擊力。沖擊不斷重復(fù)，直至融合器完全受到?jīng)_擊。用顯微計算機斷層掃描測量沖擊前后多孔聚醚醚酮的耐久性。用掃描電鏡和能譜分析評估鈦涂層聚醚醚酮融合器沖擊前后的覆蓋度。
研究結(jié)果顯示：多孔聚醚醚酮和光滑聚醚醚酮融合器表面損傷的宏觀特征最小，而鈦涂層融合器表現(xiàn)出明顯的涂層損耗。定量的多孔聚醚醚酮變形表明，在沖擊后，多孔結(jié)構(gòu)保持了較高的孔隙率（>65%），且孔隙尺寸和深度的變化很小。掃描電鏡和X射線能譜分析表明，鈦涂層在沖擊后有很大的損失，表面粗糙度的降低也證實了這一點。掃描電鏡顯示光滑聚醚醚酮損傷最小，但表面粗糙度減小。
綜上所述，雖然對椎間融合器進(jìn)行表面改性有利于骨整合，但它們在沖擊過程中容易受到損傷和磨損。多孔聚醚醚酮融合器在模擬頸椎撞擊過程中損傷最小，而鈦涂層聚醚醚酮融合器失去了大量的鈦。
圖1 沖擊試驗裝置。在200N軸向預(yù)壓力下，以最大速度為2.6m/s的速度將1磅導(dǎo)向重量落在融合器前表面，使每個融合器在兩個聚氨酯塊之間撞擊，直到該裝置在兩塊之間完全撞擊。
圖2 在沖擊前（A）和沖擊后（B）對多孔PEEK融合器的頂部和側(cè)面進(jìn)行顯微CT重建。與（A）相比，在（B）中可以看到多孔表面的輕微致密化，成對分析表明，孔隙率（C）、孔徑（D）和孔深（E）在撞擊后略有下降，但仍保持了有利于骨生長的多孔結(jié)構(gòu)（*p<.05，配對t檢驗，n=6）。
圖3 鈦涂層PEEK融合器沖擊前（A）和沖擊后（B）的掃描電鏡和能譜分析。掃描電鏡圖像顯示了鈦涂層（明亮區(qū)域）被移除的區(qū)域，以暴露底層的PEEK（黑暗區(qū)域）。能譜分析元素映射驗證了掃描電鏡所顯示的鈦信號虧損（紅色插圖）以及受損區(qū)域底層PEEK的碳信號增益（黃色插圖）。表面損傷的定量分析表明，鈦涂層面積（C）減少29%，表面粗糙度下降。（*p＜.001，配對t檢驗，n＝6）。
圖4 光滑的聚醚醚醚酮表面在撞擊前（左）和沖擊后（中間）的掃描電鏡圖像。未發(fā)現(xiàn)損傷跡象，但表面粗糙度下降了12%~13%，表明沖擊后表面發(fā)生了微小的變化（*p<.05，配對t檢驗，n=6）。