供稿人:王莹莹，王玲 发布日期：2018-05-27
近几年来，引入各种表面改性手段形成粗糙或多孔表面来加强椎间融合器的骨整合性能十分普遍。然而，这些表面特征可能在临床冲击过程中受到损伤。佐治亚理工学院生物工程与生物科学研究所的研究人员比较了传统的光滑聚醚醚酮颈椎融合器与两种表面改性（具有多孔结构或等离子喷涂钛涂层的特征）聚醚醚酮融合器的冲击耐久性。
研究中使用了三种颈椎椎间融合器：平滑聚醚醚酮、等离子钛涂层聚醚醚酮和多孔聚醚醚酮（n=6）。在恒定的200N预负荷下，融合器在两个模拟椎体的聚氨酯块之间受到冲击，融合器的后缘放置在聚氨酯块之间的入口处，引导1磅重量以2.6m/s的速度撞击前表面，用以代表外科安装时的打击力。冲击不断重复，直至融合器完全受到冲击。用显微计算机断层扫描测量冲击前后多孔聚醚醚酮的耐久性。用扫描电镜和能谱分析评估钛涂层聚醚醚酮融合器冲击前后的覆盖度。
研究结果显示：多孔聚醚醚酮和光滑聚醚醚酮融合器表面损伤的宏观特征最小，而钛涂层融合器表现出明显的涂层损耗。定量的多孔聚醚醚酮变形表明，在冲击后，多孔结构保持了较高的孔隙率（>65%），且孔隙尺寸和深度的变化很小。扫描电镜和X射线能谱分析表明，钛涂层在冲击后有很大的损失，表面粗糙度的降低也证实了这一点。扫描电镜显示光滑聚醚醚酮损伤最小，但表面粗糙度减小。
综上所述，虽然对椎间融合器进行表面改性有利于骨整合，但它们在冲击过程中容易受到损伤和磨损。多孔聚醚醚酮融合器在模拟颈椎撞击过程中损伤最小，而钛涂层聚醚醚酮融合器失去了大量的钛。
图1 冲击试验装置。在200N轴向预压力下，以最大速度为2.6m/s的速度将1磅导向重量落在融合器前表面，使每个融合器在两个聚氨酯块之间撞击，直到该装置在两块之间完全撞击。
图2 在冲击前（A）和冲击后（B）对多孔PEEK融合器的顶部和侧面进行显微CT重建。与（A）相比，在（B）中可以看到多孔表面的轻微致密化，成对分析表明，孔隙率（C）、孔径（D）和孔深（E）在撞击后略有下降，但仍保持了有利于骨生长的多孔结构（*p<.05，配对t检验，n=6）。
图3 钛涂层PEEK融合器冲击前（A）和冲击后（B）的扫描电镜和能谱分析。扫描电镜图像显示了钛涂层（明亮区域）被移除的区域，以暴露底层的PEEK（黑暗区域）。能谱分析元素映射验证了扫描电镜所显示的钛信号亏损（红色插图）以及受损区域底层PEEK的碳信号增益（黄色插图）。表面损伤的定量分析表明，钛涂层面积（C）减少29%，表面粗糙度下降。（*p＜.001，配对t检验，n＝6）。
图4 光滑的聚醚醚醚酮表面在撞击前（左）和冲击后（中间）的扫描电镜图像。未发现损伤迹象，但表面粗糙度下降了12%~13%，表明冲击后表面发生了微小的变化（*p<.05，配对t检验，n=6）。