單螺紋和雙螺紋椎弓根螺釘抗拔出力比較的臨床研究

盛林 李書綱莊乾宇 蔡思逸 許德榮 任志楠 陳鑫

（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院骨科，北京100730）

SHENG Lin,LIShugang*,ZHUANGQianyu,CAISiyi,XU Derong,REN Zhinan,CHEN Xin

(Departmentof Orthopaedics,Peking Union MedicalCollege Hospital,CAMS&PUMC,Beijing 100730,China)

單螺紋和雙螺紋椎弓根螺釘抗拔出力比較的臨床研究

盛林 李書綱*莊乾宇 蔡思逸 許德榮 任志楠 陳鑫

（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院骨科，北京100730）

背景：椎弓根螺釘技術(shù)是目前脊柱固定融合最常用的方法。為減少螺釘松動和拔出等并發(fā)癥，研究人員在螺釘設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了不斷探索。

目的：比較單螺紋和雙螺紋椎弓根螺釘應(yīng)用于腰椎內(nèi)固定術(shù)時的螺釘抗拔出力。

方法：78例行腰椎椎弓根螺釘固定術(shù)的患者隨機(jī)分為兩組，所有患者術(shù)前均測量髖部骨密度和腰椎骨密度。一組在術(shù)中植入單螺紋椎弓根螺釘，另一組則植入雙螺紋椎弓根螺釘，測量擰入每枚螺釘時的最大扭矩（以下簡稱“螺釘扭矩”），比較兩組患者的骨密度和螺釘扭矩。

結(jié)果：單螺紋螺釘組患者40例，術(shù)前髖部骨密度T值-1.82±0.57，腰椎骨密度T值-2.17±0.77，術(shù)中共植入單螺紋椎弓根螺釘150枚，螺釘扭矩（1.03±0.39）Nm。雙螺紋螺釘組患者38例，術(shù)前髖部骨密度T值-1.90±0.62，腰椎骨密度T值-2.34±0.81，共植入雙螺紋椎弓根螺釘150枚，螺釘扭矩（1.45±0.39）Nm。兩組患者術(shù)前骨密度無明顯差異（P＞0.05），雙螺紋螺釘組的螺釘扭矩顯著高于單螺紋螺釘組（P＜0.001）。

結(jié)論：相較于單螺紋椎弓根螺釘，雙螺紋椎弓根螺釘應(yīng)用于腰椎內(nèi)固定術(shù)可增加螺釘?shù)目拱纬隽Α?/p>

椎弓根螺釘；扭矩

SHENG Lin,LIShugang*,ZHUANGQianyu,CAISiyi,XU Derong,REN Zhinan,CHEN Xin

(Departmentof Orthopaedics,Peking Union MedicalCollege Hospital,CAMS&PUMC,Beijing 100730,China)

Background:ound:Nowadays,pedicle screws technology is themost commonly usedmethod in spinal fixation and fusion.Much has been explored concerning pedicle screws designing process in order to reduce occurrence of complications such as screw loose and pullout.

Objective:tive:To compare the pullout strength between single-threaded and dual-threaded pedicle screwswhen applied in lumbar spinalsurgerieswith internal fixation.

Methods:hods:A series of 78 patients undergoing lumbar surgeriesw ith pedicle screw sas internal fixation instrumentswere random ly assigned into two groups:Single-threaded pedicle screws and dual-threaded screwswere implanted,respectively,in the two groups.Bone densitymeasurement(BMD)of thehip region and lumbar vertebraewereacquired in allpatientsprior to surgeries.Additionally,maximum insertion torque(M IT)wasmeasured when every screw was inserted during each surgery.Resultsof BMD(T value)and M IT(Nm)were compared between the two groups.

Results:ults:In the single-threaded group,therewere 40 patients inwhom a total numberof 150 pedicle screwswere implanted; T valueof preoperative BMD of thehip region was-1.82±0.57 and thatof the lumbar vertebraewas-2.17±0.77;mean MIT was 1.03±0.39.In the dual-threaded group,there w ere 38 patientsw ith also a totalnumber of 150 pedicle screw s being instrumented,and the parameters of preoperative BMD of the hip region and lumbar vertebrae aswell as MIT were-1.90± 0.62,-2.34±0.81 and 1.45±0.39,respectively.No statistical significant difference was found between the two groups concerning preoperative BMD(P＞0.05),however,M IT distinguished betw een each otherw ith dual-threaded group demonstrated agreater value than thatof the single-threaded group(P＜0.001).

Conclusions:ions:In comparison with single-threaded pedicle screws,dual-threaded pedicle screws,when applied in lumbar surgeriesw ith internal fixations,havebeen shown to havegreater pulloutstrength.

目前，椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)后路重建脊柱穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)方法，它不但可以提供良好的穩(wěn)定性，而且可以進(jìn)行一定程度的矯形，從而改善脊

柱的冠狀面和矢狀面平衡[1]。與以往的固定方法相比，椎弓根螺釘因其可以固定脊柱的前、中、后三柱而獲得更佳的固定強(qiáng)度和融合效率[2,3]。盡管如此，椎弓根螺釘?shù)乃蓜雍桶纬鰧?dǎo)致的內(nèi)固定失敗仍是嚴(yán)重的并發(fā)癥[4-6]，特別是對于骨質(zhì)疏松的中老年患者[6,7]，很多病例需要接受翻修手術(shù)。為了增加椎弓根螺釘?shù)目拱纬隽?，研究人員在螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)上進(jìn)行了多種嘗試[8-10]，雙螺紋螺釘就是其中一種。然而，Jacob等[11]的體外生物力學(xué)研究顯示，單螺紋和雙螺紋椎弓根螺釘之間的抗拔出力沒有明顯差異。目前雖已有關(guān)于螺釘抗拔出力測試的生物力學(xué)研究，但均是基于動物標(biāo)本或尸體標(biāo)本。為了驗(yàn)證這一結(jié)果，我們自2013年1月至2014年8月進(jìn)行了一項(xiàng)前瞻性、隨機(jī)對照的臨床研究，以實(shí)際手術(shù)病例為研究對象進(jìn)行測試，現(xiàn)將研究結(jié)果報告如下。

1 資料與方法

1.1 病例納入排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①有腰痛、下肢疼痛或間歇性跛行等癥狀的腰椎管狹窄或腰椎間盤出患者，經(jīng)保守治療無效；②需行后路腰椎椎弓根螺釘內(nèi)固定手術(shù)；③所有手術(shù)均由同一主刀醫(yī)師完成。排除標(biāo)準(zhǔn)：①嚴(yán)重的腰椎滑脫（＞Ⅰ°）；②翻修手術(shù)；③腰椎椎弓根發(fā)育異常；④腰椎創(chuàng)傷、腫瘤及其他椎管內(nèi)異常；⑤術(shù)后影像學(xué)資料提示螺釘位置欠佳。

1.2 臨床資料

將2013年1月至2014年8月在我科接受腰椎椎弓根螺釘固定術(shù)的78例患者隨機(jī)分為兩組，一組在術(shù)中植入單螺紋椎弓根螺釘（單螺紋組），另一組在術(shù)中植入雙螺紋椎弓根螺釘（雙螺紋組）。單螺紋組：患者40例，男15例，女25例；年齡42～78歲，平均62歲；腰椎管狹窄者29例，腰椎間盤突出者11例。雙螺紋組：患者38例，男12例，女26例；年齡45～80歲，平均59歲；腰椎管狹窄者31例，腰椎間盤突出者7例。試驗(yàn)開始前將研究方案提交倫理委員會批準(zhǔn)，所有入組患者均簽署知情同意書。

1.3 研究方法

所有患者在術(shù)前均拍攝腰椎正側(cè)位X線片并行腰椎CT和MRI檢查以除外腰椎椎弓根發(fā)育異常和椎管內(nèi)異常。所有患者均使用雙能X線骨密度儀測量髖部和腰椎骨密度。

兩組患者均采用氣管內(nèi)插管全身麻醉，俯臥于脊柱外科手術(shù)墊上，常規(guī)切開并骨膜下剝離椎旁肌，顯露范圍為手術(shù)節(jié)段雙側(cè)椎板，向外剝離至小關(guān)節(jié)外側(cè)和橫突根部。所有椎弓根螺釘均采用Magel法，根據(jù)解剖標(biāo)志選定進(jìn)釘點(diǎn)，常規(guī)準(zhǔn)備融合節(jié)段雙側(cè)椎弓根螺釘?shù)尼數(shù)?，插入定位針，C型臂透視確認(rèn)定位針位置良好并選擇合適的螺釘長度。取出定位針，以與螺釘直徑相同的絲攻進(jìn)行釘?shù)拦ソz，再次以探針確認(rèn)釘?shù)浪谋诩暗妆谕暾踩牒线m長度的椎弓根螺釘。單螺紋組植入Legacy萬向椎弓根螺釘（直徑6.5mm，長度40～45mm，鈦合金材料，美敦力公司，美國），雙螺紋組植入Expedium萬向椎弓根螺釘（直徑6.0mm，長度40～45mm，鈦合金材料，強(qiáng)生公司，美國），以扭力測量儀（圖1）測量并記錄擰入每枚螺釘時的最大扭矩。

術(shù)后復(fù)查腰椎正側(cè)位X線片確認(rèn)所有螺釘位置良好。術(shù)后6個月，拍攝腰椎正側(cè)位X線片并行腰椎CT平掃+矢狀位重建等檢查，觀察螺釘有無松動、拔出等并發(fā)癥發(fā)生。比較兩組患者的髖部骨密度、腰椎骨密度以及螺釘扭矩。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0（SPSS公司，美國）統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

所有患者均順利置入椎弓根螺釘，術(shù)中C型臂透視和術(shù)后復(fù)查腰椎正側(cè)位X線片確認(rèn)所有螺釘位置良好，術(shù)后隨訪兩組患者均無螺釘松動及拔出等并發(fā)癥發(fā)生（圖2）。兩組患者的術(shù)前髖部及腰椎骨密度比

較無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05，表1）。雙螺紋螺釘組的螺釘扭矩顯著大于單螺紋螺釘組（P＜0.001，表2）。

圖1 本研究使用的扭力測量儀

圖2 患者，女，65歲，因腰椎管狹窄癥（L4-L5）行后路腰椎管減壓、椎弓根螺釘固定融合手術(shù)

表1 單螺紋螺釘組和雙螺紋螺釘組患者髖部及腰椎骨密度比較（x x±s s）

表2 單螺紋螺釘組和雙螺紋螺釘組的螺釘扭矩比較（x x±s s）

3 討論

脊柱外科已經(jīng)成為骨科學(xué)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，其中經(jīng)椎弓根螺釘固定技術(shù)是近年來脊柱外科中具有代表性的新治療方法，自20世紀(jì)70年代Roy-Cam ille等報道其治療脊柱骨折獲得良好療效后，目前已獲得廣泛應(yīng)用[12]。經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定相較于其他脊柱固定方式（鉤、椎板下鋼絲等）具有以下優(yōu)勢：①可以同時固定脊柱的前、中、后三柱；②可以明顯縮短融合節(jié)段；③可以維持脊柱的穩(wěn)定性并可進(jìn)行矯形以改善脊柱的冠狀面和矢狀面平衡。這些優(yōu)勢有賴于椎弓根螺釘對釘?shù)辣诠墙M織的把持力，這種把持力可以一直維持到固定節(jié)段形成堅(jiān)固的融合，從而大幅提高固定的強(qiáng)度和融合的效率，明顯降低假關(guān)節(jié)的發(fā)生及內(nèi)固定失敗的可能[13]。

盡管經(jīng)椎弓根螺釘固定是目前脊柱固定和矯形的最佳方法，但大量文獻(xiàn)報道了各種椎弓根螺釘固定失敗的病例，其發(fā)生率在0.6%～11%不等[6,14]。失敗的原因包括螺釘彎曲或斷裂、螺釘松動和螺釘拔出，其中螺釘在骨-螺釘界面的松動和拔出是最常見的原因。骨-螺釘界面的相互作用力和患者的骨密度密切

相關(guān)[6,7]，而接受脊柱特別是腰椎內(nèi)固定手術(shù)的患者往往合并有骨量減少或骨質(zhì)疏松，因此這些患者發(fā)生內(nèi)固定失敗的可能性較大。迄今為止，盡管經(jīng)椎弓根螺釘固定技術(shù)獲得了廣泛應(yīng)用和長足發(fā)展，人們?nèi)匀粨?dān)心其應(yīng)用于骨質(zhì)疏松患者時不能獲得預(yù)期的療效。

為了增加骨-螺釘界面的相互作用力，從而減少螺釘?shù)乃蓜雍桶纬龅炔l(fā)癥，人們在螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)和選擇以及置釘技術(shù)等方面進(jìn)行了諸多探索[8-10,15]。椎弓根螺釘?shù)目拱纬隽吐葆數(shù)闹睆胶烷L度呈正相關(guān)[16]，然而隨著螺釘直徑和長度的增加，椎弓根骨折及神經(jīng)、血管損傷的風(fēng)險也會相應(yīng)增加。除此之外，可膨脹螺釘、自攻螺釘、骨水泥、骨墊片以及植骨術(shù)均被嘗試用于提高椎弓根螺釘?shù)目拱纬隽Α?/p>

雙螺紋螺釘是為了增強(qiáng)螺釘固定強(qiáng)度而設(shè)計(jì)的一種新型椎弓根螺釘，它分為兩種，一種是在螺釘?shù)捏w部和尾端具有不同的螺紋寬度，希望通過對周圍的骨質(zhì)產(chǎn)生加壓作用而獲得更佳的把持力。然而體外臨床研究顯示，和傳統(tǒng)的椎弓根螺釘相比，兩者的抗拔出力沒有顯著差異[17,18]。另一種雙螺紋螺釘嚴(yán)格來講應(yīng)稱為雙線螺紋螺釘，它是于螺釘體部在傳統(tǒng)的單螺紋（圖3A）基礎(chǔ)上，再額外添加一螺紋（圖3B）。與傳統(tǒng)的單螺紋螺釘相比，雙線螺紋螺釘可以獲得更快的進(jìn)釘速度，對比螺紋寬度相同的單螺紋螺釘和雙線螺紋螺釘，每擰入一圈，后者的進(jìn)釘深度是前者的一倍，也即節(jié)省了一半的進(jìn)釘時間（圖3C）。Jacob等[11]在尸體脊柱上通過體外生物力學(xué)研究比較單螺紋螺釘和雙線螺紋螺釘?shù)目拱纬隽ΑＫ麄兯褂玫膯温菁y和雙線螺紋螺釘（Expedium椎弓根螺釘，鈦合金材料，強(qiáng)生公司，美國）的最大直徑均為6mm，最小直徑均為4mm，單螺紋螺頂?shù)穆菁y寬度為3mm，雙螺紋螺釘?shù)膬蓚€螺紋寬度均為3mm。研究結(jié)果顯示，單螺紋和雙螺紋螺釘?shù)目拱纬隽]有顯著差異，兩者和骨密度均明顯相關(guān)。

為了驗(yàn)證以上結(jié)論，我們進(jìn)行了隨機(jī)對照的臨床研究。既往的臨床研究顯示，椎弓根螺釘?shù)目拱纬隽推鋽Q入時的最大扭矩呈正相關(guān)[19]，因此我們通過比較擰入兩種不同螺釘時的最大扭矩來比較其抗拔出力。本研究結(jié)果顯示，兩組患者的髖部骨密度和腰椎骨密度沒有顯著差異，而雙螺紋螺釘?shù)穆葆斉ぞ孛黠@高于單螺紋螺釘，即雙螺紋螺釘?shù)目拱纬隽︼@著優(yōu)于單螺紋螺釘。本研究的結(jié)果和Jacob等[11]在體外研究中得出的結(jié)論截然相反，出現(xiàn)這種差異的原因可能是多方面的，但其中一個重要的原因可能是試驗(yàn)條件的不同。Jacob等的體外研究是在尸體脊柱上進(jìn)行的，所用標(biāo)本以雙層塑料袋密封保存于-20℃的低溫環(huán)境中，試驗(yàn)前8 h才在室溫下解凍，盡管這樣做試圖最大限度地模擬體內(nèi)環(huán)境，但經(jīng)過低溫保存和解凍的尸體脊柱標(biāo)本，其骨骼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)畢竟不同于正常的人體脊柱。而本研究是在實(shí)際手術(shù)病例體內(nèi)進(jìn)行的，且兩組患者的骨密度沒有顯著差異，因此得出的結(jié)論應(yīng)該更有說服力。

本研究的結(jié)論具有重要的臨床意義，如前所述，很多接受椎弓根螺釘固定的患者合并有骨質(zhì)疏松，在這些患者中如何獲得牢固的固定是個難題。本研究顯示，與傳統(tǒng)的單螺紋螺釘相比較，雙螺紋螺釘不

但可以獲得更快的進(jìn)釘速度，其抗拔出力也明顯優(yōu)于前者，應(yīng)用于骨質(zhì)疏松患者可以一定程度上避免螺釘松動和拔出等并發(fā)癥。

圖3 A.單螺紋螺釘；B.雙線螺紋螺釘（Expedium椎弓根螺釘，鈦合金材料，強(qiáng)生公司，美國）；C.每擰入1圈，單螺紋螺釘進(jìn)釘3mm，雙線螺紋螺釘進(jìn)釘6mm

本研究所使用的兩種螺釘?shù)闹睆讲煌?，這可能在一定程度上會影響試驗(yàn)結(jié)果。但既往的研究顯示，在保證椎弓根四壁完整的前提下，椎弓根螺釘?shù)目拱纬隽﹄S著其直徑的增加而增大[20]，因此可以預(yù)計(jì)，如果將所用單螺紋螺釘更換為與雙螺紋螺釘直徑相同的6mm螺釘，兩者的抗拔出力差異可能更加顯著。

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Comparison of pulloutstrength between single-threaded and dual-threaded pediclescrews:a clinica study

ords:Pedicle screw;Torque

2095-9958（2015）04-0 140-05

10.3969/j.issn.2095-9958.2015.02-010

*通信作者：李書綱，E-mail:walter9421@sohu.com