前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術置釘安全性的實驗驗證研究

鄭宇 蔡賢華 黨建軍 金鴻賓 黃衛(wèi)兵 曾曉華 楊昱恒

前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術置釘安全性的實驗驗證研究

鄭宇 蔡賢華 黨建軍 金鴻賓 黃衛(wèi)兵 曾曉華 楊昱恒

目的驗證前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術螺釘置入的相對安全范圍，為此手術提供解剖學依據。方法前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術以樞椎前弓下緣與樞椎椎體側緣交界點上方 4 mm 處為進針點，通過在 6 具防腐人體頸椎標本上建立前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術的手術模型，反復進行置釘操作，進一步明確多層螺旋 CT ( multislice CT，MSCT ) 三維重建所測的安全范圍，指導臨床應用。結果內固定螺釘無 1 例穿破寰椎上關節(jié)面，螺釘尖端至寰椎上關節(jié)面的距離 ( 2.80±0.12 ) mm；在寰椎橫突孔上緣、寰樞關節(jié)面上緣及寰樞關節(jié)面下緣 3 個多平面重建 ( multi-planar reconstruction，MPR ) 橫斷面上，以橫斷面 B ( 寰樞關節(jié)面上緣 )上螺釘與椎管距離最近，為 ( 6.51±0.32 ) mm，以橫斷面 C ( 寰樞關節(jié)面下緣 ) 上螺釘與椎動脈管最近，為( 5.52±1.22 ) mm，螺釘與寰椎側塊上關節(jié)面距離為 ( 2.80±0.12 ) mm，所有螺釘均無脊髓、椎動脈及枕寰關節(jié)損傷。結論按照 Lu 等設計的進針點為標準進行臨床置釘，以 GE RA600 PACS 工作站 AW 三維測量軟件測量的相關解剖學數據為實驗依據，據此來指導臨床操作經標本實驗證實是安全可行的。

寰樞關節(jié)；骨折固定術，內；內固定器

材料與方法

一、實驗材料

6 具 40% 甲醛溶液浸泡的國人人體頸椎標本( 由武漢大學醫(yī)學部解剖教研室提供 )，不分民族、年齡、性別，經大體觀察無缺損，X 線片排除骨質退變、骨折、畸形及骨性異常。去除頸椎前部皮膚、動脈、食管、氣管，肌肉，保留椎前韌帶、椎間關節(jié)囊的完整，保留寰樞關節(jié)及寰椎上關節(jié)面，并使寰樞關節(jié)處于正常位置，用塑料袋密封保存在-20 ℃ 冰箱內。

二、器材與器械

手術刀、鑷子、血管鉗、導針等一般手術器械( 廣州軍區(qū)武漢總醫(yī)院手術室提供 )，不同長度的頸椎空心拉力鈦質螺釘 ( 直徑 3.5 mm ) 一套、電動磨鉆、鉆頭、套筒及導向器 ( AO 器械公司提供，圖1 )，C 型臂 X 線機及東芝 16 排螺旋 CT ( 廣州軍區(qū)武漢總醫(yī)院骨科及影像科提供 )。

三、模擬手術過程及置釘操作

置防腐人體寰樞椎標本于可術中透視的手術臺上，仰臥位，頭后伸，暴露出雙側樞椎椎體前緣，放置前路經關節(jié)螺釘導向器，以 1.0 mm 的導針瞄準樞椎前弓下緣與樞椎椎體側緣交界點上方 4 mm 處的進針點[2]，以前期實驗所得出的理想的釘道角度( 外偏 18°～21°，后傾 12°～20°[1]) 范圍內隨意調整進針方向，邊進針邊透視，整個操作過程在 C 型臂X 線機透視監(jiān)測下進行，確保導針不突破寰椎上關節(jié)面骨質，測量導針長度，以合適長度的空心螺釘沿導針逐步擰入 ( 圖1～3 )。

四、術后釘道安全性評價

1.術后各標本行 CT 平掃＋三維重建，采用 GE RA600 PACS 工作站 AW 三維測量軟件對理想的釘道角度范圍內隨意調整進針方向所得螺釘的外偏角、后傾角分別進行測量，與術前計劃的外偏角、后傾角進行配對 t 檢驗，P 值設為 0.05。以實際置釘角度與計劃角度的差異是否存在差異性來判斷手術操作的難易程度和置釘安全性 ( 圖4～5 )。

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2.術后通過大體觀察螺釘是否穿破寰椎側塊上關節(jié)面，判斷是否對枕頸關節(jié)構成了損傷，并通過GE RA600 PACS 工作站 AW 三維測量軟件測量螺釘尖端至寰椎上關節(jié)面的距離 ( 圖6 )。

圖1 實驗常規(guī)手術器械及置入導針圖Fig.1 The conventional surgical instrument and needle placement圖2 術中透視導針位置正位、側位像Fig.2 The anteroposterior ( AP ) and lateral X-ray flms showed the needle position during the operation圖3 術后透視螺釘位置正位、側位像Fig.3 The AP and lateral X-ray flms showed the screw position after the operation圖4 術后行 MSCT 三維重建檢查Fig.4 The MSCT 3 D reconstruction was performed after the operation

3.在以下 3 個多平面重建 ( multi-planar reconstruction，MPR ) 橫斷面上觀察螺釘與毗鄰結構的關系：A.寰椎橫突孔上緣；B.寰樞關節(jié)面上緣；C.寰樞關節(jié)面下緣。如果螺釘穿破椎管壁或椎動脈管壁，則分別認為脊髓或椎動脈損傷；分別測量螺釘到椎管壁及椎動脈管壁的距離 ( 圖5 )。

圖5 MSCT 三維重建 VR 及 MPR 橫斷面測量圖圖6 術后大體觀察螺釘位置Fig.5 The measurement of volume rendering ( VR ) and MPR transverse sections based on MSCT 3 D reconstructionFig.6 The screw position was observed after the operation

結 果

在 6 具國人防腐人體頸椎標本 ( C1～C2) 上模擬手術過程置入 12 枚螺釘，分別測量記錄術前計劃的角度和術后實際置入的角度。兩者之間采用 SPSS 13.0 軟件對測量數據進行配對 t 檢驗，P 值均＞0.05，表明實際置釘角度與計劃角度的差異無統計學意義 ( 表1 )。

觀察寰椎上關節(jié)面示：大體觀察所有術后標本釘道都位于安全區(qū)域，內固定螺釘無 1 例穿破寰椎上關節(jié)面，螺釘尖端至寰椎上關節(jié)面的距離 ( 2.80± 0.12 ) mm；在寰椎橫突孔上緣、寰樞關節(jié)面上緣及寰樞關節(jié)面下緣 3 個 MPR 橫斷面上，螺釘與脊髓、椎動脈均有一定距離 ( 表2 )。以橫斷面 B 中螺釘與椎管距離最近，為 ( 6.51±0.32 ) mm，以橫斷面 C 中螺釘與椎動脈管最近，為 ( 5.52±1.22 ) mm，螺釘與寰椎側塊上關節(jié)面距離為 ( 2.80±0.12 ) mm，所有螺釘均無脊髓、椎動脈及枕寰關節(jié)損傷。

表1 術前設計理想參數與術后實際參數對比 (±s )，單位 ( ° )Tab.1 The contrast of the ideal preoperative parameters and the actual postoperative parameters (±s ), unit ( ° )

表1 術前設計理想參數與術后實際參數對比 (±s )，單位 ( ° )Tab.1 The contrast of the ideal preoperative parameters and the actual postoperative parameters (±s ), unit ( ° )

測量參數 理想參數 實際參數 t 檢驗t 值 P 值外偏角 20.12±3.11 20.26±3.02 -0.682 0.147后傾角 18.22±3.26 18.36±3.15 -0.577 0.265

表2 不同橫段面螺釘與毗鄰結構的距離 (±s )，單位 ( mm )Tab.2 The distance from the screw to the adjacent anatomical structure (±s ), unit ( mm )

表2 不同橫段面螺釘與毗鄰結構的距離 (±s )，單位 ( mm )Tab.2 The distance from the screw to the adjacent anatomical structure (±s ), unit ( mm )

橫斷面 頸椎椎管壁 椎動脈管壁橫斷面 A 6.62±1.61 5.76±1.14橫斷面 B 6.51±0.32 7.42±1.33橫斷面 C 7.25±0.56 5.52±1.22

討 論

一、前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術術野的顯露

寰樞椎周圍血管、神經繁多，毗鄰的解剖結構復雜而重要，前路術式的顯露較后路風險大[3]，無論是 Bailey 和 Badgley 改良的頸前外側入路內固定[4]，還是后來 Whitesides 和 Kelly 報道的側方入路內固定[5]，都存在明顯的術野顯露問題，雖然口咽入路術式簡單，顯露清晰，但是由于存在術野感染、腦膜炎，甚至脊髓感染等隱患[6]，目前國內外也只有少數學者推崇使用[7-8]。這些問題在一定程度上制約了前路內固定手術臨床的開展。前方咽后入路及其改良入路解剖層次清晰、術野大，是寰樞椎手術中較為理想的前路手術入路[9]。此入路又稱為頸動脈鞘前手術入路，術野顯露步驟為：取右側頜下頸前斜切口，切開闊筋膜及頸闊肌，結扎切斷淺靜脈，在咽喉部與頸動脈鞘之間鈍性分離，向外牽開胸鎖乳突肌前緣、頸動脈鞘及頜下腺。切斷二腹肌中央腱，向內牽開舌骨及下咽部。為了更好顯露術野，可酌情結扎頸外動脈內側的各動脈分支，術中注意保護舌下神經。

本實驗通過尸體解剖及模擬手術發(fā)現，行前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術只須顯露寰樞關節(jié)和 C3椎體上緣即可，因此前方咽后入路及其改良手術入路完全可滿足此手術的術野暴露，臨床操作中也最大程度地降低了術野感染、脊髓感染等并發(fā)癥的可能性。

二、前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術進針點和進針角度的選擇

Lu 等[2]最先報道的入釘點在以樞椎前弓下緣與樞椎椎體側緣交界點上方 4 mm 處，釘道矢狀面上向外側傾斜 5°～25°，冠狀面向頭側傾斜 10°～25°。Vaccaro 等[10]推薦入釘點應在 C2椎體上下關節(jié)面的中線偏內側 1 / 3 的位置，進釘角度大約是矢狀面偏外側 25°，冠狀面 0°。王超等[11]設計的入釘點為樞椎底部兩側 2 mm 處，具體進針角度未闡述，僅報道在 X 線正位對準寰椎側塊的外上角，側位沿樞椎椎體的縱軸進釘。陳堅等[12]設計的入釘點為樞椎體底部兩側各 1 mm 處，鉆頭分別向外偏 ( 24± 3.5 ) °、向后傾 ( 27±4.0 ) ° 鉆入。Dvorak 等[13]設定入釘點為樞椎上關節(jié)面的中內 1 / 3 與樞椎體中平面的交點，通過此交向外上方置入螺釘，螺釘矢狀面向后傾斜 25°，冠狀面向兩側斜 15°，經過寰樞椎關節(jié)面中點到達寰椎側塊上關節(jié)面中部骨質下停止。曹正霖等[14]則設計了 2 個入釘點，左側同王超等的入釘點，右側 ( 切口側 ) 同 Lu 等的入針點，使手術操作簡化。左右兩側在矢狀面上的外傾角分別為( 22±3.9 ) ° 和 ( 22±2.5 ) °，在冠狀面上的后傾角分別為 ( 25±2.6 ) ° 和 ( 25±3.5 ) °。池永龍等[15]設計的入釘點在 C2椎體中線兩側 5～10 mm 處，Lu等測量的偏斜角度，在正矢狀面上外偏角為 ( 28± 3.5 ) °，正冠狀面上后偏角為 ( 15±2.7 ) °。從該釘點向外上方進釘，并在 C 型臂 X 線機的監(jiān)視下正確到達 C2椎體左下限，穿過寰樞椎關節(jié)面中點到達寰椎側塊中部，從而穩(wěn)定寰樞椎。由此可知，目前前路寰樞椎內固定術的入釘點多在樞椎椎體線兩旁和寰樞椎關節(jié)面下方，不同的進針點對此手術影響的對比研究未見報道。

本實驗設計的入釘點以國外學者 Lu 等[2]最初設計的進針點為標準進行臨床置釘，蔡賢華等[16]在國人干燥寰樞椎標本上取得了和 Lu 等[2]相類似的研究發(fā)現，筆者在尸體標本解剖和模擬置釘時也發(fā)現以此處為進針點，顯露容易，定位簡單。以筆者所采用的術前設計方法所得出的理想的釘道角度 ( 外偏18°～21°，后傾 12°～20° ) 范圍內進針安全有效。

三、前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術置釘實驗過程中發(fā)現的問題

經過反復多次置釘操作，明顯體會到導針置入的 3 個阻力感和 1 個落空感：第 1 個阻力感來自樞椎椎體上緣的骨皮質，第 2 個阻力感來自寰椎側塊下關節(jié)面的骨皮質，第 3 個阻力感來自寰椎側塊上關節(jié)面的骨皮質，1 個落空感來自寰樞關節(jié)處。臨床實際手術操作過程中提醒：( 1 ) 如果出現第 3 個阻力感，提示導針已經到達寰椎椎體內，此時應在C 型臂透視機的輔助下判斷導針進入的深度，微調導針達到最佳長度，如果繼續(xù)進針出現落空感，提示導針已穿出寰枕關節(jié)面，臨床出現這種情況會導致醫(yī)源性的枕寰關節(jié)融合，影響枕寰關節(jié)的前屈后伸活動，偶見頸部疼痛不適[17]；( 2 ) 如果第 1 個阻力感后出現較明顯落空感且未馬上出現第 2 個阻力感，一般多由于導針外偏角度過大所致，臨床出現這種情況有可能造成椎動脈損傷，嚴重者可造成偏癱、腦干缺血死亡[18]。

本實驗在標本置釘過程中有 2 枚螺釘在首次置釘過程中感覺阻力較大、無握持感而退釘后重置。經多次核準發(fā)現：( 1 ) 當進針點周圍骨質表面不平整時，導向器尖端在固定過程中容易滑移而發(fā)生偏差，導致置釘失?。? 2 ) 當入點距側塊外緣距離過小 ( ＜2 mm ) 時，由于置釘過程中擔心損傷椎動脈，容易導致外偏角變小而使置釘困難；經過修整進針點周邊骨皮質及調整置釘參數后，二次置釘均獲得成功。

四、前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術置釘風險性評估

前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術中，螺釘釘道軌跡經樞椎椎體前緣-寰樞外側關節(jié)面內側-寰椎側塊，2 枚螺釘由內向外方向走行，大致呈倒“八”字形，與 Kandziora 等[19]研究發(fā)現的樞椎前表面螺釘進釘的“V”形安全區(qū)域基本符合。力學上保證了螺釘具有良好的抗前后剪切力和抗旋轉力矩的能力，螺釘路徑長，有足夠多的骨質穩(wěn)定螺釘，可以從前方堅強固定寰樞椎。Ryken 等[20]認為骨密度( bone mineral density，BMD ) 是影響螺釘抗拔出力的最主要因素，本實驗的置釘區(qū)域也符合 Kandziora等[19]發(fā)現的寰椎側塊上關節(jié)面和寰樞外側關節(jié)面的 BMD 高密度區(qū)域，從而在臨床手術中避免了螺釘松動、退出的嚴重并發(fā)癥。寰樞椎復合體中，其內側骨質構成椎管的外側壁與脊髓相鄰，其外側骨質構成椎動脈孔的內側壁與椎動脈相鄰，與此部位相關的手術都面臨損傷脊髓、椎動脈的風險，前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定手術也不例外。本實驗測得寰椎側塊前后徑為 ( 23.97±2.46 ) mm，左右徑為( 16.72±1.99 ) mm，樞椎上關節(jié)面前后徑為 ( 13.65± 2.15 ) mm，左右徑為 ( 9.73±1.55 ) mm，足夠大的橫截面積給螺釘置入提供了較大的安全空間。國內外相關解剖學研究也已經初步表明，寰樞椎完全具備行前路內固定手術的解剖學條件，并初步明確了進針點和進針角度[21-22]。本實驗進一步明確了置釘的相對安全范圍：外偏 18°～21°，后傾 12°～20°，并以此置釘范圍在尸體標本上行模擬手術。模擬手術中，實際置釘角度與術前計劃角度差異無統計學意義，證明了應用 MSCT 三維重建進行術前設計有較強準確性，行此手術具有較強可操作性。術后行MSCT 測量研究發(fā)現釘道與椎動脈、脊髓關系并不密切，受椎動脈變異的影響極小，基本不受椎弓根變異的影響，在 3 個 MPR 橫斷面上，測得螺釘與頸椎管、椎動脈管均有一定安全距離，以寰樞關節(jié)面下緣 MPR 橫斷面上螺釘與椎動脈管最近，為 ( 5.52± 1.22 ) mm，以寰樞關節(jié)面上緣 MPR 橫斷面上螺釘與頸椎椎管距離最近，為 ( 6.51±0.32 ) mm，螺釘與寰椎側塊上關節(jié)面距離為 ( 2.80±0.12 ) mm，所有螺釘均未造成脊髓、椎動脈及枕寰關節(jié)的損傷。以此說明在安全置釘范圍內行前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術風險性很小，手術時螺釘置入有較大余地的細微偏差。

總之，按照 Lu 等[2]設計的進針點為標準進行臨床置釘，以 GE RA600 PACS 工作站 AW 三維測量軟件測量的相關解剖學數據為實驗依據，據此來指導臨床操作經標本實驗證實是安全可行的。本實驗測定的置釘參數是標準的行前路經寰樞關節(jié)螺釘內固定術時的參數，由于寰樞椎復合體存在個體上的解剖差異以及病理狀態(tài)下的解剖移位，臨床實際應用時，不建議完全參照。應結合術前影像學資料，通過嚴密的個體化解剖學數據的測量，制訂個體化的術前計劃，結合術中 X 線透視的指導，將置釘風險降到最低。

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( 本文編輯：馬超 王萌 )

An experimental study on the safety of screw placement in anterior atlantoaxial transarticular screw fxation

ZHENG Yu, CAI Xian-hua, DANG Jian-jun, JIN Hong-bin, HUANG Wei-bing, ZENG Xiao-hua, YANG Yu-heng. Department of Orthopedics, Shaanxi Hospital of Traditional Chinese Medicine, Xi’an, Shaanxi, 710003, PRC

ObjectiveTo investigate the relative safety range of screw placement in anterior atlantoaxial transarticular screw fxation and to provide more anatomical data for Chinese surgeons.MethodsThe key point of anterior atlantoaxial transarticular screw fxation was 4 mm over the junction of the inferior edge of the atlantoaxial anterior arch and its lateral edge. A surgery model was established in cervical specimens from 6 embalmed human bodies, and the operation of screw placement was repeated. The safety range measured by multislice computed tomography ( MSCT ) 3 D reconstruction was further clarified, so as to be used as a guide in clinical application.ResultsNo screws perforating the superior articular surface of the atlas were found. It was ( 2.80±0.12 ) mm from the screw tip to the superior articular surface of the atlas. Among the 3 multi-planar reconstruction ( MPR ) transverse sections of the superior edge of the transverse foramen of the atlas and the superior edge and inferior edge of the atlantoaxial joint surface, the closest distance was ( 6.51±0.32 ) mm from the screw of the superior edge of the atlantoaxial joint surface ( transverse section B ) to the spinal canal. The closest distance was ( 5.52±1.22 ) mm from the screw of the superior edge of the atlantoaxial joint surface ( transverse section C ) to the vertebral artery, and the distance was ( 2.80±0.12 ) mm from the screw to the superior articular surface of the massa lateralis atlantis. No injuries in the spinal cord, vertebral artery or atlantooccipital joint were found. Conclusions It is feasible and safe in clinical practice to set the screw according to Lu’s standard and to take the relevant anatomical data obtained by AW 3 D software of GE RA600 PACS workstation as the experimental basis, which has been successfully verifed.

Atlanto-axial joint; Fracture fxation, internal; Internal fxators

10.3969/j.issn.2095-252X.2014.12.013

：R687.3

全軍醫(yī)學科學研究“十一五”計劃攻關課題 ( 08G031 )

300193 天津中醫(yī)藥大學研究生院 ( 鄭宇 )；710003 西安，陜西省中醫(yī)醫(yī)院骨一科 ( 鄭宇、黨建軍 )；

430070 武漢，廣州軍區(qū)武漢總醫(yī)院骨科 ( 蔡賢華、黃衛(wèi)兵、曾曉華、楊昱恒 )；300211 天津醫(yī)院創(chuàng)傷骨科 ( 金鴻賓 )通信作者：蔡賢華，Email: wgcaixh@163.com

2013-09-14 )