寰椎椎弓根形態(tài)分類與椎弓根螺釘固定的解剖學(xué)及生物力學(xué)研究.pdf

1、一、研究目的 自1994年Abumi和Jeanneret分別報(bào)告用頸椎椎弓根釘技術(shù)治療頸椎損傷以來，頸椎經(jīng)椎弓根螺釘固定系統(tǒng)由于其牢靠的三維穩(wěn)定性，已越來越受到廣泛應(yīng)用。與其它節(jié)段頸椎相比較，寰椎的形態(tài)較為特殊，其后弓與側(cè)塊的連接部稱為“椎弓根”，后弓側(cè)塊螺釘經(jīng)寰椎椎弓根進(jìn)行固定，Resnick等稱之為寰椎的椎弓根螺釘。但是寰椎椎弓根部位的解剖變異較大，對螺釘進(jìn)釘點(diǎn)和釘?shù)赖目刂茖a(chǎn)生較大的影響，本研究旨在按寰椎椎弓根的解剖學(xué)特點(diǎn)

2、對寰椎進(jìn)行分類，針對不同類型寰椎設(shè)計(jì)出不同的椎弓根螺釘進(jìn)釘方式，并對各型寰椎椎弓根螺釘固定的生物力學(xué)做出評價(jià)。主要包括： 1、測量寰椎干骨標(biāo)本，按寰椎椎弓根的形態(tài)將寰椎進(jìn)行分類。 2、設(shè)計(jì)出針對不同類型寰椎的椎弓根螺釘進(jìn)釘方式。 3、建立不同類型新鮮寰椎標(biāo)本模型，在標(biāo)本上進(jìn)行模擬置釘。 4、測定采用不同方式置釘?shù)穆葆敯纬龔?qiáng)度，為臨床應(yīng)用提供依據(jù)。 二、材料和方法 1、成年人干燥寰椎骨48具

3、，不分性別、年齡，測量采用國產(chǎn)電子游標(biāo)卡尺(精確度0.01mm)。以通過寰椎椎弓根的中外1/3矢狀面與通過椎動(dòng)脈溝底部下方約2mm處橫斷面的交線為進(jìn)釘通道，進(jìn)釘通道在后弓后方骨皮質(zhì)上的投影點(diǎn)為進(jìn)釘點(diǎn)；對于較深的椎動(dòng)脈溝或過薄的寰椎后弓，構(gòu)想的進(jìn)釘通道與后弓后方的骨皮質(zhì)并無實(shí)際交點(diǎn)，則取通道與經(jīng)后弓后方冠狀面的交點(diǎn)為假想進(jìn)釘點(diǎn)。螺釘內(nèi)斜10°，上斜5°。測量指標(biāo)：(1).進(jìn)釘點(diǎn)與側(cè)塊后緣的距離(2).進(jìn)釘處寰椎后弓高度(3).進(jìn)釘點(diǎn)至側(cè)塊

4、下關(guān)節(jié)面的垂直距離(4).進(jìn)釘處側(cè)塊高度(5).進(jìn)釘處側(cè)塊寬度(6).進(jìn)釘處寰椎椎弓根寬度(7).釘?shù)捞幾祫?dòng)脈溝底椎弓根厚度。 2、新鮮成年人寰椎標(biāo)本12具，將釘?shù)捞幾祫?dòng)脈溝底椎弓根打磨成1.5mm，2.5mm，4.0mm三種厚度。 3、取AO皮質(zhì)骨螺釘(長度28mm，直徑3.5mm)24枚，按所設(shè)計(jì)的不同進(jìn)釘方式在各種類型寰椎標(biāo)本模型上模擬置釘。置釘后檢查所有標(biāo)本的螺釘均未突破前緣骨皮質(zhì)。 4、置釘后的標(biāo)本用聚

5、甲基丙烯酸甲脂(自凝型，上海齒科材料廠)分別包埋，包埋范圍限于寰椎前弓和側(cè)塊前半部，防止對螺釘形成加固作用；拔除力測試使用MTS858MiniBionix(R)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，傳感器型號為662.20D-03，傳感器直接連接于計(jì)算機(jī)。依預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)置試驗(yàn)機(jī)速度2mm/min，最大拉力3000N，最大位移10mm，使用專門的夾具夾住螺釘尾部，確保將螺釘垂直拔出，開始加載后螺釘大部拔出即終止測試。 5、干骨標(biāo)本的測量結(jié)果左右側(cè)分別進(jìn)

6、行描述性統(tǒng)計(jì)分析。在螺釘拔出力測試中，按建立的三類寰椎模型將標(biāo)本分成三組，三組的拔出力進(jìn)行單向方差分析，如差異有顯著性意義，則繼續(xù)進(jìn)行多重比較。統(tǒng)計(jì)分析均使用SPSS10.0統(tǒng)計(jì)軟件。 三、結(jié)果 1、寰椎干骨標(biāo)本測量結(jié)果：(1)進(jìn)釘點(diǎn)與側(cè)塊后緣的距離左：5.79±1.24mm，右：5.81±1.26mm(2)進(jìn)釘處寰椎后弓高度左：4.55±1.29mm，右：4.49±1.22mm(3)進(jìn)釘點(diǎn)至側(cè)塊下關(guān)節(jié)面的垂直距離左：5

7、.12±1.06mm，右：5.15±1.05mm(4)進(jìn)釘處側(cè)塊高度左：12.43±1.01mm，右：12.49±0.98mm(5)進(jìn)釘處側(cè)塊寬度左：12.66±1.37mm，右：12.65±1.38mm(6)進(jìn)釘處寰椎椎弓根寬度左：7.86±0.77mm，右：7.84±0.78mm(7)釘?shù)捞幾祫?dòng)脈溝底椎弓根厚度左：4.11±1.25mm，右：4.13±1.29mm。釘?shù)捞幾祫?dòng)脈溝底骨質(zhì)厚度小于螺釘直徑3.5mm的有8例，其中2例厚度

8、小于螺釘半徑1.75mm，最薄的1例左右側(cè)分別為0.56和0.54mm。 2、建立各型寰椎標(biāo)本模型：寰椎標(biāo)本的打磨部位包括椎弓根和后弓下方骨質(zhì)，打磨同時(shí)用電子游標(biāo)卡尺(精確度0.01mm)測量椎動(dòng)脈溝底的骨質(zhì)厚度，形成三種組合方式：1.5mm和2.5mm，1.5mm和4.0mm，2.5mm和4.0mm，在12具寰椎標(biāo)本中，每種組合各有4具，以每個(gè)寰椎的一側(cè)為一個(gè)測試樣本，最終形成1.5mm，2.5mm，4.0mm三種不同厚度的樣

9、本各8例。 3、置釘方式研究結(jié)果：對于椎動(dòng)脈溝底骨質(zhì)高度大于3.5mm的寰椎，確定進(jìn)釘點(diǎn)后，用直徑1.5mm磨鉆在寰椎后弓進(jìn)釘點(diǎn)處磨除骨皮質(zhì)，繼用開口錐開口，再手持直徑2mm的扁鈍頭椎弓根探針按預(yù)定的進(jìn)釘方向緩緩鉆入；進(jìn)釘時(shí)當(dāng)深度大于20mm，遇到較大阻力時(shí)停止鉆入，最后置釘，螺釘包含在椎弓根骨質(zhì)內(nèi)。對于椎動(dòng)脈溝底骨質(zhì)高度介于1.75至3.5mm之間的寰椎，進(jìn)釘點(diǎn)仍在后弓后緣骨皮質(zhì)上，但由于骨質(zhì)高度小于螺釘直徑，螺釘將突破部份椎

10、弓根下緣骨皮質(zhì)。對于椎動(dòng)脈溝底骨質(zhì)高度小于1.75mm的寰椎，進(jìn)釘點(diǎn)投影在后弓下緣下方，實(shí)際進(jìn)釘點(diǎn)位于寰椎側(cè)塊與椎弓根交界處，螺釘跨越寰椎后弓進(jìn)行固定。 4、生物力學(xué)測量結(jié)果：所有標(biāo)本在MTS858MiniBionix(R)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測量螺釘?shù)陌纬隽?。第一、二、三型寰椎椎弓根螺釘?shù)陌纬隽Ψ謩e為1457.96±420.73牛頓，1399.11±435.01牛頓，1081.41±409.33牛頓。 5、統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果：寰

11、椎干骨標(biāo)本雙側(cè)的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析。三組螺釘拔出力結(jié)果進(jìn)行單向方差分析，F(xiàn)=1.845，P=0.183，無顯著性差異，無需進(jìn)行多重比較。 四、結(jié)論 1、成年人寰椎的形態(tài)變異較大，特別是與經(jīng)椎弓根螺釘固定密切相關(guān)的后弓和椎弓根變異更為顯著，對寰椎椎弓根螺釘固定影響較大的因素：(1)后弓的高度。通常在后弓的后表面選取進(jìn)釘點(diǎn)，如果后弓過薄必然會(huì)增加手術(shù)難度，最薄一例后弓僅為0.74mm高。(2)椎動(dòng)脈溝形態(tài)?？煞譃闇\溝

12、型、深溝型、半環(huán)型、全環(huán)型等類別。(3)釘?shù)捞幾祫?dòng)脈溝底部的骨質(zhì)厚度。該部位的骨質(zhì)厚度與椎動(dòng)脈溝形態(tài)有關(guān)，深溝型的骨質(zhì)厚度最薄。術(shù)中避開椎動(dòng)脈是成功置釘?shù)年P(guān)鍵，而實(shí)際操作中最易引起椎動(dòng)脈損傷的部位就在溝底，因此強(qiáng)調(diào)選取進(jìn)釘點(diǎn)時(shí)應(yīng)以此處的骨質(zhì)情況為準(zhǔn)。由于成年人寰椎椎弓根螺釘直徑多為3.5mm，因此我們以螺釘直徑3.5mm，半徑1.75mm為標(biāo)準(zhǔn)，按寰椎后弓的解剖形態(tài)分為三類：第一型：普通型，占83％，椎動(dòng)脈溝底骨質(zhì)高度大于3.5mm；第

13、二型：輕度變異型，占13％，椎動(dòng)脈溝底骨質(zhì)高度介于1.75至3.5mm之間；第三型：重度變異型，占4％，椎動(dòng)脈溝底骨質(zhì)高度小于1.75mm。 2、由測量結(jié)果得知螺釘行經(jīng)的寰椎側(cè)塊高度、寬度平均為12.43±1.01mm(左)12.49±0.98mm(右)和12.66±1.37mm(左)12.65±1.38mm(右)，對于放置直徑3.5mm的螺釘具有相當(dāng)大的安全空間，寰椎“椎弓根”的平均寬度為7.86±0.77mm(左)7.84±

14、0.78mm(右)，也可以安全容納螺釘。 由于椎弓根寬度足夠，在設(shè)計(jì)進(jìn)釘方式時(shí)以通過寰椎椎弓根的中外1/3為進(jìn)釘點(diǎn)的縱坐標(biāo)已較肯定；選橫坐標(biāo)時(shí)，原方法以后弓上緣下至少3mm定點(diǎn)，但選擇進(jìn)釘點(diǎn)時(shí)實(shí)際想避開的是椎動(dòng)脈，椎動(dòng)脈溝底部與后弓上緣之間的距離變異較大，例如就有環(huán)狀的椎動(dòng)脈溝，后緣的骨質(zhì)向上延伸已與前緣骨質(zhì)相連，這段椎動(dòng)脈其實(shí)被包在一個(gè)骨管中，稱為“椎動(dòng)脈管”更為合適，如仍以“后弓上緣下至少3mm定點(diǎn)”，螺釘將可能直刺椎動(dòng)脈。

15、因此建議以通過寰椎椎弓根的中外1/3矢狀面與通過椎動(dòng)脈溝底部下約2mm處(略大于螺釘半徑1.75mm，以避免突破椎動(dòng)脈溝底骨皮質(zhì)，損傷椎動(dòng)脈)橫斷面的交線為進(jìn)釘通道，進(jìn)釘通道在后弓后方骨皮質(zhì)上的投影點(diǎn)為進(jìn)釘點(diǎn)。在標(biāo)本的置釘過程中由于可以直視椎動(dòng)脈溝，操作較為簡單，但在術(shù)中顯露椎動(dòng)脈溝是極困難的，所以我們建議術(shù)前必須行寰椎的CT三維重建，按釘?shù)捞幾祫?dòng)脈溝底部的骨質(zhì)厚度將寰椎進(jìn)行分類，并確定椎動(dòng)脈溝底在寰椎后弓的投影，結(jié)合術(shù)中探察，安全地完

16、成置釘。 3、第一型寰椎的螺釘通過椎弓根進(jìn)入側(cè)塊，螺釘完全在骨質(zhì)內(nèi)，是經(jīng)典的椎弓根螺釘固定方式，在三種方法中力學(xué)穩(wěn)定性最大；第二型寰椎的螺釘突破部份椎弓根下緣骨皮質(zhì)進(jìn)入側(cè)塊；而第三型寰椎的螺釘則完全在椎弓根以外，從寰椎側(cè)塊與椎弓根交界處進(jìn)入側(cè)塊，第三型寰椎的“椎弓根螺釘”其實(shí)是跨越寰椎椎弓根進(jìn)入側(cè)塊進(jìn)行固定，生物力學(xué)穩(wěn)定性最小。將三種類型寰椎的椎弓根螺釘拔出力進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示三者拔出力無顯著差異，說明所設(shè)計(jì)的螺釘固定方式具