釘棒系統(tǒng)在頸椎單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)中的力學(xué)研究*

廖邦強(qiáng)，付曉玲，邱睿韞，潘斌文，王笑山，吳凱，宋玉林，汪文玉，陳偉高

（1.南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨一科，江西 南昌 330006；2.南昌大學(xué)信息工程學(xué)院，江西 南昌 330000；3.江西省弋陽(yáng)縣人民醫(yī)院骨一科，江西 弋陽(yáng) 334400；4.江西省上饒縣人民醫(yī)院江西上饒334100）

·臨床論著·

釘棒系統(tǒng)在頸椎單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)中的力學(xué)研究*

廖邦強(qiáng)1，付曉玲1，邱睿韞2，潘斌文3，王笑山4，吳凱1，宋玉林1，汪文玉1，陳偉高1

（1.南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨一科，江西 南昌 330006；2.南昌大學(xué)信息工程學(xué)院，江西 南昌 330000；3.江西省弋陽(yáng)縣人民醫(yī)院骨一科，江西 弋陽(yáng) 334400；4.江西省上饒縣人民醫(yī)院江西上饒334100）

目的評(píng)價(jià)釘棒系統(tǒng)固定側(cè)塊及椎板在頸椎單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)中的力學(xué)穩(wěn)定性。方法選用6例無(wú)損傷的人尸體頸椎標(biāo)本（由南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院解剖教研室提供），每例選取C3～C7節(jié)段。經(jīng)隨機(jī)化處理分為3組，每組10個(gè)節(jié)段，所有節(jié)段進(jìn)行單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形，根據(jù)固定方式分為螺釘絲線組（A組）、鈦板組（B組）和釘棒系統(tǒng)組（C組）。應(yīng)用南昌大學(xué)力學(xué)中心生物材料實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)各頸椎節(jié)段進(jìn)行生物力學(xué)性能測(cè)試，分別測(cè)量每組的拔出力、椎板再關(guān)門的最大負(fù)荷及完全關(guān)門負(fù)荷并進(jìn)行分析。結(jié)果A、B、C組的最大拔出力分別為（13.88±4.34）、（100.65±14.15）和（198.37±46.88）N，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。3組在再關(guān)門負(fù)荷過(guò)程中最大負(fù)荷分別為（14.68±3.14）、（746.84±170.09）和（769.88±146.89）N；完全關(guān)門負(fù)荷分別為（14.68±3.14）、（746.84±170.09）和（769.88±146.89）N。B、C組與A組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），B、C組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論釘棒系統(tǒng)固定側(cè)塊及椎板在頸椎單開(kāi)門擴(kuò)大成形術(shù)中具有一定的力學(xué)優(yōu)勢(shì)。

釘棒系統(tǒng)；頸椎單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)；力學(xué)研究

對(duì)于多節(jié)段頸椎管狹窄導(dǎo)致的脊髓型頸椎病、頸椎后縱韌帶骨化癥，頸后路單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)是經(jīng)典術(shù)式[1]，但術(shù)后易出現(xiàn)再關(guān)門、軸性痛的并發(fā)癥[2-3]，嚴(yán)重影響手術(shù)效果，降低患者生活質(zhì)量及滿意度，而這些并發(fā)癥的發(fā)生都與術(shù)后頸椎穩(wěn)定性、門軸固定剛性程度有關(guān)[4-5]。因此，有學(xué)者提倡頸椎單開(kāi)門后采用內(nèi)固定維持開(kāi)門狀態(tài)[6]，許楠健等[7]應(yīng)用Vertex釘棒系統(tǒng)進(jìn)行固定后取得良好的臨床療效，認(rèn)為釘棒系統(tǒng)較鈦板具有更理想的力學(xué)穩(wěn)定性，但目前國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)這方面的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，因此，本研究對(duì)釘棒系統(tǒng)在單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)中的穩(wěn)定性進(jìn)行力學(xué)檢測(cè)。

1 材料與方法

1.1 標(biāo)本選取

南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院解剖教研室提供6例頸椎標(biāo)本（取自意外死亡的年輕成年男性尸體），截取其C3～C7部位的脊柱頸段，經(jīng)肉眼觀察及X線檢查，排除先天性疾病、骨質(zhì)疏松、腫瘤和骨折等，標(biāo)本獲取時(shí)保留周圍軟組織的完整。

1.2 單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)模型的建立

實(shí)驗(yàn)前將標(biāo)本自然解凍，剔除頸椎標(biāo)本所有肌肉及韌帶，用福爾馬林液浸泡處理，6例標(biāo)本分離為30個(gè)節(jié)段，所有節(jié)段選定右側(cè)為門軸側(cè)，左側(cè)為開(kāi)門側(cè)。首先在頸椎右側(cè)關(guān)節(jié)突內(nèi)緣內(nèi)側(cè)約1.5 cm處用磨鉆磨除單層骨皮質(zhì)及骨松質(zhì)，保留對(duì)側(cè)骨皮質(zhì)，再用磨鉆在左側(cè)側(cè)塊內(nèi)側(cè)緣磨透雙層皮質(zhì)，椎板鉗固定左側(cè)椎板向右側(cè)開(kāi)門，使門軸處形成青枝骨折，所有標(biāo)本椎板開(kāi)門寬度為1.0 cm。

1.3 實(shí)驗(yàn)分組

根據(jù)固定方式的不同，將30個(gè)頸椎節(jié)段隨機(jī)分為3組。

1.3.1 螺釘和絲線組螺釘和絲線組（A組）以Magerl法進(jìn)釘，進(jìn)釘點(diǎn)位于側(cè)塊后壁中點(diǎn)內(nèi)上方，外傾30°平行上關(guān)節(jié)面鉆孔，鉆透對(duì)側(cè)皮質(zhì)，測(cè)深后擰入3.5 mm皮質(zhì)骨螺釘，在棘突上打孔，將10號(hào)絲線穿過(guò)棘突并固定于螺釘上。

1.3.2 鈦板組鈦板組（B組）使用直徑2.0 mm的自攻螺釘將長(zhǎng)度適宜的重建鈦板一端固定于側(cè)塊處，另一端固定于棘突根部，進(jìn)釘時(shí)椎板側(cè)垂直進(jìn)釘，側(cè)塊側(cè)可垂直或稍向外進(jìn)釘，不可穿透對(duì)側(cè)骨皮質(zhì)。

1.3.3 釘棒系統(tǒng)組釘棒系統(tǒng)組（C組）采用Roy-Camile技術(shù)在側(cè)塊植入螺釘（威高釘棒系統(tǒng)），以棘突和椎板的交界、椎板頭尾方向的中點(diǎn)為進(jìn)釘點(diǎn)，沿椎板方向分別植入螺釘，然后選擇合適長(zhǎng)度的棒并以頂絲固定維持開(kāi)門。見(jiàn)圖1、2。

1.4 力學(xué)測(cè)試

1.4.1 拔出力測(cè)試本實(shí)驗(yàn)采用南昌大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心微機(jī)控制電子試驗(yàn)機(jī)，將手術(shù)后的頸椎標(biāo)本固定于特定的固定夾具上，拔出裝置穿過(guò)絲線/鈦板/棒的下緣，測(cè)試前調(diào)節(jié)標(biāo)本角度使拉伸方向與開(kāi)門后關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)側(cè)的側(cè)塊垂直，并將拔出力的初始數(shù)據(jù)歸零，以免產(chǎn)生正向和負(fù)向的初始力，依預(yù)試驗(yàn)結(jié)果設(shè)置試驗(yàn)機(jī)速度為2 mm/min。測(cè)試前、開(kāi)始加載后，螺釘大部分拔出即中止測(cè)試，螺釘拔出破壞的標(biāo)準(zhǔn)載荷-時(shí)間曲線出現(xiàn)最高點(diǎn)加載后，通過(guò)軟件可以直接得到拔出過(guò)程中的拔出力變化，從而得出最大拔出力。

1.4.2 再關(guān)門負(fù)荷測(cè)試應(yīng)用MTS 880生物材料實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)各頸椎節(jié)段進(jìn)行生物力學(xué)性能測(cè)試，于標(biāo)本正后方垂直向下加載載荷，直至掀開(kāi)的椎板完全關(guān)門。描記載荷-位移曲線，記錄每個(gè)標(biāo)本的最大負(fù)荷及關(guān)門時(shí)負(fù)荷，并計(jì)算從加載載荷至開(kāi)門椎板完全關(guān)閉時(shí)的功耗，關(guān)門過(guò)程中的功耗由載荷-位移曲線的峰值和曲線積分按梯形面積求和計(jì)算得出。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，5組間運(yùn)動(dòng)范圍變化的比較用單因素方差分析（One-way，ANOVA），方差不齊時(shí)用Welch法校正，進(jìn)一步的多重比較用LSD法，方差不齊用Games-Howell法，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

釘棒系統(tǒng)的拔出力明顯高于螺釘絲線組及鈦板組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。經(jīng)單因素方差分析，結(jié)果顯示不全相等。兩兩間行LSD檢查，釘棒系統(tǒng)組和鈦板組椎板再關(guān)門的最大負(fù)荷及完全關(guān)門負(fù)荷明顯高于螺釘絲線組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；釘棒系統(tǒng)組的最大負(fù)荷及完全關(guān)門負(fù)荷高于鈦板組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見(jiàn)附表。

附表3組力學(xué)測(cè)試結(jié)果（n=10，N±s）

附表3組力學(xué)測(cè)試結(jié)果（n=10，N±s）

組別最大拔出力再關(guān)門最大負(fù)荷完全關(guān)門負(fù)荷A組13.88±4.3414.68±3.1414.68±3.14 B組100.65±14.15746.84±170.09746.84±170.09 C組198.37±46.88769.88±146.89769.88±146.89 χ2值742.384616.912616.912 P值0.0120.0140.014

3 討論

3.1 頸椎單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)的固定方式

HIRABAYASHI[8]最早應(yīng)用縫線固定棘突和椎旁肌或關(guān)節(jié)囊，但椎旁肌及關(guān)節(jié)囊相對(duì)薄弱，固定強(qiáng)度不足，容易造成絲線切割脫落，并且絲線還會(huì)破壞關(guān)節(jié)囊的解剖結(jié)構(gòu)，影響頸椎的穩(wěn)定性[9]。此外，在門軸側(cè)尚未達(dá)到牢固的骨性融合之前，椎板的回縮易使掀起的椎板原位回復(fù)，出現(xiàn)關(guān)門現(xiàn)象，造成頸椎管再狹窄，影響遠(yuǎn)期療效，甚至造成神經(jīng)功能急劇惡化[10]。

為重建成形術(shù)后的穩(wěn)定性，許多學(xué)者嘗試對(duì)傳統(tǒng)單開(kāi)門椎管擴(kuò)大椎板成形術(shù)進(jìn)行改良，目前常用的包括錨定法[11]和微型鈦板固定技術(shù)[12]。各種固定方法均將同一節(jié)段相互連接成整體。錨釘法固定的方式是將同一節(jié)段的椎板和側(cè)塊連接為一個(gè)整體，使開(kāi)門后的椎板在頸椎伸屈和旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中不受任何應(yīng)力，同時(shí)能有效固定開(kāi)放椎板，實(shí)現(xiàn)剛性門軸固定。錨釘固定在側(cè)塊上，能有效地防止手術(shù)操作時(shí)損傷頸動(dòng)脈。錨釘本身的設(shè)計(jì)可以預(yù)防錨定固定過(guò)程中的撥出及松動(dòng)。錨定固定可有效保護(hù)關(guān)節(jié)囊，避免對(duì)小關(guān)節(jié)囊的刺激和損傷，把小關(guān)節(jié)囊的干擾降低到最低限度?？稍缙诩訌?qiáng)頸部活動(dòng)，減少術(shù)后頸部僵硬和軸性癥狀的發(fā)生。但有以下缺點(diǎn)：①內(nèi)固定相對(duì)不牢固，開(kāi)門側(cè)缺乏剛性支撐，錨定的線易引起斷裂；②使硬膜囊暴露于椎管外，術(shù)后瘢痕增生易造成脊髓再壓迫[13]。

此后，很多學(xué)者[14-15]嘗試將鋼板橋接在開(kāi)門側(cè)的椎板及側(cè)塊之間，使抬起的椎板術(shù)后即刻穩(wěn)定，在擴(kuò)大椎管的同時(shí)使椎管真正成形。優(yōu)點(diǎn)：①不僅恢復(fù)椎管管狀結(jié)構(gòu)與完整性，也將硬膜囊完全保護(hù)在椎管內(nèi)，防止術(shù)后瘢痕增生造成的脊髓再壓迫；②鈦板固定對(duì)門軸側(cè)起到牢固的穩(wěn)定作用，對(duì)門軸側(cè)骨質(zhì)的生長(zhǎng)融合起促進(jìn)作用。缺點(diǎn)：微型鈦板螺釘固定釘?shù)垒^短，較易松動(dòng)，而且鋼板跨越開(kāi)放的椎管，安裝困難[16]，操作不當(dāng)會(huì)加重脊髓損傷，甚至可能損傷頸動(dòng)脈。

3.2 釘棒系統(tǒng)在頸椎單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)中的應(yīng)用

棘突椎板螺釘和側(cè)塊螺釘固定技術(shù)操作較為簡(jiǎn)單，不受解剖因素的限制，從而克服以往固定方式的弊端，有學(xué)者[17]提出，應(yīng)用釘棒系統(tǒng)固定側(cè)塊和椎板，然后以棒固定。學(xué)者們認(rèn)為釘棒系統(tǒng)能對(duì)開(kāi)門側(cè)形成真正的剛性支撐，維持脊柱后結(jié)構(gòu)在手術(shù)時(shí)的固定位置，達(dá)到術(shù)后即刻穩(wěn)定，有效維持?jǐn)U大椎管，防止因術(shù)后再關(guān)門或角度減小，引起椎管再次狹窄，進(jìn)而引起脊髓壓迫癥狀。固定穩(wěn)定的患者可以早期行頸部功能鍛煉。另外，由于椎板螺釘和同側(cè)側(cè)塊螺釘釘?shù)老鄬?duì)較長(zhǎng)，螺釘較粗，理論上較微型鈦板固定更堅(jiān)強(qiáng)。

筆者研究發(fā)現(xiàn)，釘棒系統(tǒng)組的最大拔出力[（198.37±46.88）N]明顯高于螺釘絲線組[（13.88± 4.34）N]及鈦板組[（100.65±14.15）N]，而在椎板再關(guān)門過(guò)程中，釘棒系統(tǒng)組和鈦板組的關(guān)門最大負(fù)荷及完全關(guān)門負(fù)荷明顯高于螺釘絲線組，雖然釘棒系統(tǒng)組關(guān)門最大負(fù)荷及完全關(guān)門負(fù)荷高于鈦板組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

因此，筆者認(rèn)為釘棒系統(tǒng)在拔出力及關(guān)門負(fù)荷方面有一定的力學(xué)優(yōu)勢(shì)，從力學(xué)上能夠減少再關(guān)門的現(xiàn)象，從而提高單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)的遠(yuǎn)期療效。

[1]CHIBA K,OGAWA Y,ISHII K,et al.Long-term results of espansive open-door laminoplasty for cervical myelopathy-average 14-year follow up study[J].Spine,2006,31(26):2998-3005.

[2]FREEDMAN B,HELLER J,RHEEJ.Cervical laminoplasty myths and realities:a meta analysis of outcomes and complications[J].Spine J,2009,9(1):23.

[3]陳果,王清.單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)并發(fā)癥研究進(jìn)展[J].西南軍醫(yī), 2014,4:33.

[4]MATSUMOTO M,WATANABE K,TSUJI T,et al.Risk factors for closure of lamina after open door laminoplasty[J].J Neurosurg Spine,2008,9(12):530-537.

[5]謝水清,孫天威,田融,等.脊髓型頸椎病單開(kāi)門椎板成形術(shù)后軸性癥狀的危險(xiǎn)因素分析[J].中國(guó)修復(fù)重建外科雜志,2014,28(5):620. [6]RHEE JM,BASRA S.Posterior surgery for cervical myelopathy: laminectomy,laminectomy with fusion,and laminoplasty[J].Asian Spine J,2008,2(2):114-126.

[7]許楠健,徐榮明,馬維虎,等.Vertex釘棒系統(tǒng)應(yīng)用于頸椎單開(kāi)門椎管擴(kuò)大椎板成形術(shù)療效分析[J].中國(guó)修復(fù)重建外科雜志,2013, 25(12):1440-1444.

[8]HIRABAYASHI K,TOYAMA Y,CHIBA K.Expansive laminoplasty for myelopathy in ossification of the longitudinal ligament[J]. Clin Orthop Relat Res,1999(359):35-48.

[9]PATEL CK,CUNNINGHAM BJ,HERKOWITZ HN.Techniques in cervical laminoplasty[J].Spine J,2002,2(6):450-455.

[10]SOLER MD,KUMRU H,PELAYO R,et al.Effectiveness of transcranial direct current stimulation andvisualillusionon neuropathic pain in spinal cord injury[J].Brain,2010,133(9): 2565-2577.

[11]YU H,XIANG L,LIU J,et al.Laminoplasty using twinfix suture anchors to maintain cervical canal expansion[J].European Spine Journal,2010,19(10):1795-1798.

[12]陳廣東,楊惠林,王根林,等.微型鈦板在頸椎單開(kāi)門椎管擴(kuò)大椎板成形術(shù)中的應(yīng)用[J].中國(guó)脊柱脊髓雜志,2010,20(10):850-854.

[13]張世民,周衛(wèi),李星,等.微型鈦板固定頸椎單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形術(shù)的臨床應(yīng)用[J].中國(guó)骨傷,2012,28(1):4-8.

[14]孔凡磊,申勇,聶志紅,等.兩種頸后路單開(kāi)門手術(shù)方法對(duì)頸椎曲度指數(shù)及活動(dòng)度的影響[J].中國(guó)矯形外科雜志,2012,20(11):975-977.

[15]王提學(xué),聶林,侯勇,等.單開(kāi)門頸椎管擴(kuò)大成形Neulen鈦板內(nèi)固定術(shù)后軸側(cè)骨愈合觀察[J].中國(guó)脊柱脊髓雜志,2013,23(5):454-458. [16]孫進(jìn),閔少雄,黃小軍,等.頸椎單開(kāi)門椎管擴(kuò)大成形椎板重建（鈦板）固定的應(yīng)用解剖[J].中國(guó)臨床解剖學(xué)雜志,2011,29(3):272-274.

[17]MIYAMOTO H,MAENO K,UNO K,et al.Outcomes of surgical intervention for cervical spondylotic myelopathy accompanying local kyphosis(comparison between laminoplasty alone and posterior reconstruction surgery using the screw-rod system)[J]. European Spine Journal,2014,23(2):341-346.

（申海菊 編輯）

Biomechanics study of rod-screw system in unilateral open-door cervical laminoplasty*

Bang-qiang LIAO1,Xiao-ling FU1,Rui-yun QIU2,Bin-wen PAN3,Xiao-shan WANG4, Kai WU1,Yu-lin SONG1,Wen-yu WANG1,Wei-gao CHEN1
(1.Department of Orthopaedics,the Second Affiliated Hospital,Nanchang University, Nanchang,Jiangxi 330006,P.R.China;2.Information and Engineering School,Nanchang University,Nanchang,Jiangxi 330000,P.R.China;3.Department of Orthopaedics,People's Hospital of Yiyang County,Geyang,Jiangxi 334400,P.R.China;4.People's Hospital of Shangrao County,Shangrao,Jiangxi 334100,P.R.China)

【Objective】To evaluate the stability of rod-screw system in unilateral open-door cervical laminoplasty.【Methods】The adult cadaver cervical spine specimens(C3-C7)of 6 cases were provided by the Department of Anatomy in the Medical College of Nanchang University.The unilateral open-door cervical laminoplasty was performed in all the specimens,then the specimens were randomly divided into 3 groups according to the pattern of fixation,i.e.group A of screw fixation,group B of titanium plate fixation and group C of rod-screw system fixation.The pullout strength,the maximal load and complete reclose load were evaluated in the Biomechanics Research Center of Nanchang University.At last,all the data were analyzed by SPSS 13.0.【Results】In the groups A,B and C,the pullout strength was(13.88±4.34)N,(100.65±14.15)N and(198.37±46.88)N respectively with significant differences among the three groups(P＜0.05).The maximal load was(14.68±3.14)N in the group A,(746.84±170.09)N in the group B and(769.88±146.89)N in thegroup C.The complete reclose load was(14.68±3.14)N in the group A,(746.84±170.09)N in the group B and(769.88±146.89)N in the group C.There were significant differences between the group A and the groups B and C,but there was no significant difference between the group B and the group C.【Conclusion】Fixation with rod-screw system in unilateral open-door cervical laminoplasty is more stable according to study of biomechanics.

rod-screw system；unilateral open-door cervical laminoplasty；biomechanics study

R687.3

A

1005-8982（2015）29-0055-04

2015-02-17

江西省衛(wèi)生廳科技項(xiàng)目（No：20133052；20133177）

付曉玲，E-mail：fxl1982@sina.com；Tel：18679102713