寰椎一體式椎板鉤與樞椎椎板釘組合應(yīng)用于非對(duì)稱內(nèi)固定生物力學(xué)研究

張鵬，倪斌，許天明，劉琦

（第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)征醫(yī)院骨科，上海200003）

上頸椎后路手術(shù)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，隨著內(nèi)固定技術(shù)的發(fā)展，目前術(shù)后已經(jīng)能即刻獲得堅(jiān)強(qiáng)固定，且植骨融合率接近100%，但由于此區(qū)域內(nèi)椎動(dòng)脈存在較多的解剖變異，以致椎動(dòng)脈損傷（Vertebral Artery Injury，VAI）一直是上頸椎后路手術(shù)的一大并發(fā)癥。因此，對(duì)于伴有椎動(dòng)脈變異的上頸椎疾病患者，制定個(gè)體化的手術(shù)方案已經(jīng)越來(lái)越成為頸椎外科醫(yī)生的共識(shí)。根據(jù)臨床實(shí)踐，本文報(bào)道將設(shè)計(jì)研制的新型寰椎一體式椎板鉤與樞椎椎板釘組合，應(yīng)用于非對(duì)稱內(nèi)固定中，并在尸體標(biāo)本上進(jìn)行生物力學(xué)試驗(yàn)，對(duì)此內(nèi)固定系統(tǒng)進(jìn)行生物力學(xué)評(píng)價(jià)，對(duì)臨床有一定的指導(dǎo)意義。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選取6具新鮮人尸體頸椎C0-4標(biāo)本，X線透視無(wú)骨性異常。切除標(biāo)本所附著的肌肉、脂肪組織，保留韌帶、關(guān)節(jié)囊、骨與椎間盤(pán)。義齒基托樹(shù)脂、牙托粉包埋標(biāo)本兩端，克氏針加強(qiáng)固定，保留C1-C2的ROM。

1.1.1 寰椎一體式椎板鉤的特點(diǎn) 本研究中運(yùn)用的寰椎一體式椎板鉤是在之前分離式椎板鉤的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)而成，由掛鉤部與連接桿部組成（圖1）。

因國(guó)人寰椎后弓的厚度和高度平均約為7 mm，寰椎一體式椎板鉤掛鉤部設(shè)計(jì)為7 mm，鉤厚度為2 mm，鉤抱寰椎后弓時(shí)對(duì)頸脊髓不會(huì)造成壓迫。掛鉤部凹面中部有脊?fàn)钔黄穑╮idge），用于防止掛鉤部在寰椎后弓上的滑動(dòng)，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。緣中點(diǎn)，平行對(duì)側(cè)椎板方向并稍向后偏擰入椎板萬(wàn)向螺釘，根據(jù)患者寰樞椎解剖位置對(duì)寰椎一體式椎板鉤連接桿部稍向后向內(nèi)進(jìn)行預(yù)彎，將寰椎一體式椎板鉤自上而下鉤住寰椎后弓前上方，下端連接桿部置入樞椎椎板萬(wàn)向螺釘滑槽內(nèi)，對(duì)寰樞椎后側(cè)附件適當(dāng)加壓，同時(shí)鎖緊樞椎椎板釘螺帽，平行剪斷多余部分連接桿部。如此，一體式椎板鉤可較分離式椎板鉤減少掛鉤部連接鈦棒和鎖緊螺帽的操作。對(duì)于有寰椎前脫位的患者，可通過(guò)較大角度向后彎棒，將脫位的寰椎提拉復(fù)位。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

該生物力學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)由上海交通大學(xué)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，通過(guò)對(duì)6具新鮮人尸體頸椎標(biāo)本分別進(jìn)行完整、失穩(wěn)、Harms技術(shù)固定和兩種非對(duì)稱內(nèi)固定等5種狀態(tài)下的三維運(yùn)動(dòng)范圍（Range Of Motion，ROM）的測(cè)量，以經(jīng)典內(nèi)固定方式Harms技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)兩種非對(duì)稱內(nèi)固定系統(tǒng)的生物力學(xué)性能，以指導(dǎo)臨床應(yīng)用。

先將6具制備好的標(biāo)本進(jìn)行三維ROM測(cè)量，結(jié)果記為完整組（A組，n=6）；然后破壞齒突基底部和寰椎橫韌帶等韌性結(jié)構(gòu)，測(cè)量三維ROM，結(jié)果記為失穩(wěn)組（B組，n=6）；然后6具標(biāo)本按先后分別行三種內(nèi)固定方式置入，分別是：（1）兩側(cè)寰椎側(cè)塊螺釘聯(lián)合樞椎椎弓根螺釘（Harms技術(shù)），三維ROM測(cè)量，結(jié)果記為Harms組（C組，n=6）；（2）寰椎椎弓根釘+樞椎一側(cè)椎板釘、另一側(cè)椎弓根釘，三維ROM測(cè)量，結(jié)果記為混搭1組（D組，n=6）；（3）一側(cè)寰椎一體式椎板鉤+樞椎椎板釘，另一側(cè)寰椎側(cè)塊螺釘+樞椎椎弓根螺釘，三維ROM測(cè)量，結(jié)果記為混搭2組（圖2）（E組，n=6）。

圖1 寰椎一體式椎板鉤

1.1.2 操作方法 手術(shù)顯露寰椎后弓和樞椎椎板后，經(jīng)優(yōu)勢(shì)椎動(dòng)脈側(cè)樞椎椎板與棘突交界處的上下

圖2左側(cè)寰椎一體式椎板鉤+椎板釘/右側(cè)寰樞椎椎弓根螺釘

生物力學(xué)測(cè)試用脊柱拉扭復(fù)合生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，先將2個(gè)不共線標(biāo)記物固定于C1-2前方，后對(duì)標(biāo)本施加2.0 Nm力矩，使其分別做前后屈伸、左右側(cè)屈、軸向旋轉(zhuǎn)等6個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。三維光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)捕捉標(biāo)記物的空間位置并進(jìn)行坐標(biāo)變換和數(shù)據(jù)計(jì)算，得出每次寰樞椎椎間的三維ROM。每次測(cè)試進(jìn)行3次加載/卸載循環(huán)，第3次循環(huán)時(shí)進(jìn)行力學(xué)測(cè)量，以減少頸椎粘彈性影響。操作中小心輕柔，避免破壞標(biāo)本。測(cè)試中間斷生理鹽水噴灑標(biāo)本，使其保持濕潤(rùn)和良好粘彈性。測(cè)試環(huán)境溫度27℃，濕度60%-80%。未測(cè)量標(biāo)本-20℃下保鮮膜密封保存，測(cè)試前常溫下自然解凍8小時(shí)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

所得數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算5種不同模式下的三維ROM，采用方差分析進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的顯著性設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果

各組測(cè)試結(jié)果及方差分析結(jié)論見(jiàn)表1a、表1b、圖3、4、5。A組各項(xiàng)與B、C、D、E組相比有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0，05）；B組各項(xiàng)與C、D、E組相比有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）；C組、D組、E組各項(xiàng)相比無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

試驗(yàn)結(jié)果顯示：失穩(wěn)組ROM較完整組顯著增加，內(nèi)固定后ROM顯著減小，三種內(nèi)固定組中：寰椎側(cè)塊螺釘聯(lián)合單側(cè)樞椎椎板螺釘+對(duì)側(cè)樞椎椎弓根螺釘固定組在旋轉(zhuǎn)和側(cè)屈方向上具有最小的ROM，雙側(cè)寰椎側(cè)塊螺釘聯(lián)合樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定組在屈伸運(yùn)動(dòng)方向上有最小的R0M。一側(cè)寰椎一體式椎板鉤+樞椎椎板釘聯(lián)合對(duì)側(cè)寰椎側(cè)塊螺釘+樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定組ROM在旋轉(zhuǎn)、側(cè)屈以及屈伸方向上均較另外兩組大，但差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1a 各組寰樞椎間的三維運(yùn)動(dòng)范圍（ROM）測(cè)試結(jié)果（±s，°，n=6）

表1a 各組寰樞椎間的三維運(yùn)動(dòng)范圍（ROM）測(cè)試結(jié)果（±s，°，n=6）

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表1b 各組生物力學(xué)測(cè)試結(jié)果方差分析P值

3 討論

3.1 后路內(nèi)固定技術(shù)的發(fā)展

自1910年第一例寰樞椎內(nèi)固定手術(shù)報(bào)道至今，越來(lái)越多的后路寰樞椎內(nèi)固定技術(shù)相繼出現(xiàn)，但都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。后路鋼絲/鈦纜捆綁技術(shù)、椎板夾技術(shù)由于生物力學(xué)穩(wěn)定性差、植骨融合率低以及脊髓損傷等原因已不為臨床單獨(dú)運(yùn)用[1]。后路釘棒技術(shù)生物力學(xué)穩(wěn)定性良好，植骨融合率高[2，3]，被認(rèn)為是上頸椎后路手術(shù)的金標(biāo)準(zhǔn)，但有脊髓損傷、VAI等風(fēng)險(xiǎn)[4]。近年報(bào)道的樞椎椎板螺釘技術(shù)，可術(shù)中直視下置釘，完全避開(kāi)橫突孔，不損傷樞椎節(jié)段椎動(dòng)脈，生物力學(xué)研究顯示其與椎弓根螺釘具有相同的力學(xué)穩(wěn)定性[5]，41例的長(zhǎng)期隨訪研究報(bào)道（6個(gè)月～8年，平均21個(gè)月），除1例失訪，1例非相關(guān)疾病死亡以外，剩余的39例均獲得100%的植骨融合，且無(wú)神經(jīng)、血管損傷等并發(fā)癥發(fā)生[6]。倪斌等提出的釘鉤技術(shù)，生物力學(xué)研究顯示其寰椎椎板鉤與Magerl螺釘組合能提供較Magerl+Gallie組合更好的生物力學(xué)穩(wěn)定性，19例1年隨訪研究顯示獲得良好療效[7]；13例由寰椎椎板鉤組合樞椎椎弓根螺釘固定的長(zhǎng)期隨訪研究報(bào)道，顯示其獲得100%的植骨融合率，且無(wú)血管、神經(jīng)損傷和斷釘斷棒等并發(fā)癥[8]。

3.2 椎動(dòng)脈優(yōu)勢(shì)（VAD）與新內(nèi)固定組合

有研究顯示超過(guò)50%的人存在椎動(dòng)脈優(yōu)勢(shì)（Vertebral Artery Dominance，VAD）[9]，甚至單側(cè)椎動(dòng)脈發(fā)育不良（Vertebral Artery Hypoplasia，VAH）或未發(fā)育（Vertebral Artery Occlusion，VAO），其可無(wú)癥狀，也可見(jiàn)于頸性眩暈、腦橋梗死等病患。通常左側(cè)直徑大于右側(cè)[10，11]，左、右側(cè)優(yōu)勢(shì)比為：46.5%vs 22.4%[12]。目前關(guān)于左側(cè)VAD較高的原因普遍存在兩種觀點(diǎn)：（1）椎動(dòng)脈解剖學(xué)上起源不同[13]；（2）左側(cè)椎動(dòng)脈承受較高的剪切力[14]。目前無(wú)統(tǒng)一的診斷標(biāo)準(zhǔn)，故其發(fā)病率各報(bào)道均不同。研究顯示此類(lèi)患者中優(yōu)勢(shì)側(cè)VAI所導(dǎo)致的腦干缺血，其死亡率高達(dá)75%-86%[15]。若病人顱底Willis環(huán)完整，大腦前部血流尚可通過(guò)交通支代償后部血供，然而只有50%的患者Willis環(huán)完整，其余的患者面臨的將是致命性的打擊[16]。因此對(duì)于需行寰樞椎后路內(nèi)固定手術(shù)合并VAD的患者，優(yōu)勢(shì)側(cè)VAI絲毫不容發(fā)生。

雖然樞椎椎弓根較下頸椎椎弓根更寬厚，其椎弓根螺釘?shù)闹萌胪ǔＲ哺踩?。然而，尸體標(biāo)本研究顯示：20%的樞椎椎弓根有效直徑小于3.5 mm，不能置入椎弓根螺釘[17]。技術(shù)上，即便是在計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航的幫助下也不能保證100%的準(zhǔn)確置釘[18，19]，故對(duì)于此類(lèi)變異的患者，VAD側(cè)行Magerl技術(shù)或Harms技術(shù)固定均不夠安全。Takeshi Matsubara等個(gè)案報(bào)導(dǎo)，對(duì)一側(cè)VAO的患者，在C2優(yōu)勢(shì)動(dòng)脈側(cè)使用椎板釘技術(shù)（即本研究中的混搭1組，D組），意圖在于避免樞椎節(jié)段優(yōu)勢(shì)側(cè)VAI，6月后患者獲得骨性融合，無(wú)任何血管、神經(jīng)并發(fā)癥[20]。Joseph Gorek等運(yùn)用6具新鮮尸體對(duì)此內(nèi)固定組合進(jìn)行生物力學(xué)研究，將之與Harms技術(shù)進(jìn)行比較，結(jié)果顯示兩者生物力學(xué)穩(wěn)定相似，與本文研究結(jié)果相吻合[5]。盡管樞椎椎板釘?shù)膽?yīng)用已能避免樞椎節(jié)段椎動(dòng)脈的損傷[5]，但寰椎置釘，同樣不能保證100%的準(zhǔn)確性[18，19]。故本研究認(rèn)為對(duì)于此類(lèi)患者，可予優(yōu)勢(shì)側(cè)行寰椎椎板鉤+樞椎椎板釘固定，對(duì)側(cè)組合C1側(cè)塊+C2椎弓根螺釘固定，如此可將寰椎節(jié)段優(yōu)勢(shì)側(cè)的VAI降到最低。

3.3 新內(nèi)固定系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

本研究在總結(jié)現(xiàn)有內(nèi)固定系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)及寰樞椎節(jié)段椎動(dòng)脈常見(jiàn)變異的基礎(chǔ)上，將寰椎椎板鉤與樞椎椎板螺釘進(jìn)行組合，對(duì)側(cè)搭配寰椎側(cè)塊螺釘+樞椎椎弓根螺釘進(jìn)行離體生物力學(xué)研究。實(shí)驗(yàn)證實(shí)此內(nèi)固定系統(tǒng)生物力學(xué)穩(wěn)定性良好，雖然只有兩點(diǎn)固定，但其三維運(yùn)動(dòng)范圍（ROM）與經(jīng)典內(nèi)固定技術(shù)并無(wú)顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。該內(nèi)固定系統(tǒng)術(shù)中需根據(jù)患者VAD側(cè)來(lái)決定寰椎一體式椎板鉤+樞椎椎板釘?shù)陌仓梅较?。另外，也可通過(guò)向后較大角度預(yù)彎連接棒部，對(duì)寰樞椎后側(cè)附件適當(dāng)加壓，同時(shí)鎖緊樞椎椎板釘螺帽，如此可對(duì)寰椎進(jìn)行提拉復(fù)位。此內(nèi)固定系統(tǒng)可完全避開(kāi)一側(cè)寰、樞椎橫突孔，將一側(cè)VAI的幾率降到最低，對(duì)于合并VAD乃至一側(cè)椎動(dòng)脈變異的上頸椎疾病患者具有重要的意義，是一種個(gè)體化的手術(shù)方案，值得臨床推廣運(yùn)用。但尚不適用于寰椎后弓先天缺如及骨折的患者，對(duì)于難復(fù)性寰樞椎脫位的患者宜先行前路松解，另外，目前尚缺乏臨床研究報(bào)道。

圖3 各測(cè)試組軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)范圍（均值、標(biāo)準(zhǔn)差，

圖4 各測(cè)試組軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)范圍（均值、標(biāo)準(zhǔn)差，*顯示與標(biāo)準(zhǔn)組Harms組有顯著性差異）

圖5 各測(cè)試組前后曲伸運(yùn)動(dòng)范圍 （均值、標(biāo)準(zhǔn)差，*顯示與標(biāo)準(zhǔn)組Harms組有顯著性差異）

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