寰椎椎弓根形态分类与椎弓根螺钉固定的解剖学及生物力学研究

摘要

一、研究目的 自1994年Abumi和Jeanneret分别报告用颈椎椎弓根钉技术治疗颈椎损伤以来，颈椎经椎弓根螺钉固定系统由于其牢靠的三维稳定性，已越来越受到广泛应用。与其它节段颈椎相比较，寰椎的形态较为特殊，其后弓与侧块的连接部称为“椎弓根”，后弓侧块螺钉经寰椎椎弓根进行固定，Resnick等称之为寰椎的椎弓根螺钉。但是寰椎椎弓根部位的解剖变异较大，对螺钉进钉点和钉道的控制将产生较大的影响，本研究旨在按寰椎椎弓根的解剖学特点对寰椎进行分类，针对不同类型寰椎设计出不同的椎弓根螺钉进钉方式，并对各型寰椎椎弓根螺钉固定的生物力学做出评价。主要包括： 1、测量寰椎干骨标本，按寰椎椎弓根的形态将寰椎进行分类。 2、设计出针对不同类型寰椎的椎弓根螺钉进钉方式。 3、建立不同类型新鲜寰椎标本模型，在标本上进行模拟置钉。 4、测定采用不同方式置钉的螺钉拔除强度，为临床应用提供依据。 二、材料和方法 1、成年人干燥寰椎骨48具，不分性别、年龄，测量采用国产电子游标卡尺(精确度0.01mm)。以通过寰椎椎弓根的中外1/3矢状面与通过椎动脉沟底部下方约2mm处横断面的交线为进钉通道，进钉通道在后弓后方骨皮质上的投影点为进钉点；对于较深的椎动脉沟或过薄的寰椎后弓，构想的进钉通道与后弓后方的骨皮质并无实际交点，则取通道与经后弓后方冠状面的交点为假想进钉点。螺钉内斜10°，上斜5°。测量指标：(1).进钉点与侧块后缘的距离(2).进钉处寰椎后弓高度(3).进钉点至侧块下关节面的垂直距离(4).进钉处侧块高度(5).进钉处侧块宽度(6).进钉处寰椎椎弓根宽度(7).钉道处椎动脉沟底椎弓根厚度。 2、新鲜成年人寰椎标本12具，将钉道处椎动脉沟底椎弓根打磨成1.5mm，2.5mm，4.0mm三种厚度。 3、取AO皮质骨螺钉(长度28mm，直径3.5mm)24枚，按所设计的不同进钉方式在各种类型寰椎标本模型上模拟置钉。置钉后检查所有标本的螺钉均未突破前缘骨皮质。 4、置钉后的标本用聚甲基丙烯酸甲脂(自凝型，上海齿科材料厂)分别包埋，包埋范围限于寰椎前弓和侧块前半部，防止对螺钉形成加固作用；拔除力测试使用MTS858MiniBionix(R)生物力学实验机，传感器型号为662.20D-03，传感器直接连接于计算机。依预实验结果设置试验机速度2mm/min，最大拉力3000N，最大位移10mm，使用专门的夹具夹住螺钉尾部，确保将螺钉垂直拔出，开始加载后螺钉大部拔出即终止测试。 5、干骨标本的测量结果左右侧分别进行描述性统计分析。在螺钉拔出力测试中，按建立的三类寰椎模型将标本分成三组，三组的拔出力进行单向方差分析，如差异有显著性意义，则继续进行多重比较。统计分析均使用SPSS10.0统计软件。 三、结果 1、寰椎干骨标本测量结果：(1)进钉点与侧块后缘的距离左：5.79±1.24mm，右：5.81±1.26mm(2)进钉处寰椎后弓高度左：4.55±1.29mm，右：4.49±1.22mm(3)进钉点至侧块下关节面的垂直距离左：5.12±1.06mm，右：5.15±1.05mm(4)进钉处侧块高度左：12.43±1.01mm，右：12.49±0.98mm(5)进钉处侧块宽度左：12.66±1.37mm，右：12.65±1.38mm(6)进钉处寰椎椎弓根宽度左：7.86±0.77mm，右：7.84±0.78mm(7)钉道处椎动脉沟底椎弓根厚度左：4.11±1.25mm，右：4.13±1.29mm。钉道处椎动脉沟底骨质厚度小于螺钉直径3.5mm的有8例，其中2例厚度小于螺钉半径1.75mm，最薄的1例左右侧分别为0.56和0.54mm。 2、建立各型寰椎标本模型：寰椎标本的打磨部位包括椎弓根和后弓下方骨质，打磨同时用电子游标卡尺(精确度0.01mm)测量椎动脉沟底的骨质厚度，形成三种组合方式：1.5mm和2.5mm，1.5mm和4.0mm，2.5mm和4.0mm，在12具寰椎标本中，每种组合各有4具，以每个寰椎的一侧为一个测试样本，最终形成1.5mm，2.5mm，4.0mm三种不同厚度的样本各8例。 3、置钉方式研究结果：对于椎动脉沟底骨质高度大于3.5mm的寰椎，确定进钉点后，用直径1.5mm磨钻在寰椎后弓进钉点处磨除骨皮质，继用开口锥开口，再手持直径2mm的扁钝头椎弓根探针按预定的进钉方向缓缓钻入；进钉时当深度大于20mm，遇到较大阻力时停止钻入，最后置钉，螺钉包含在椎弓根骨质内。对于椎动脉沟底骨质高度介于1.75至3.5mm之间的寰椎，进钉点仍在后弓后缘骨皮质上，但由于骨质高度小于螺钉直径，螺钉将突破部份椎弓根下缘骨皮质。对于椎动脉沟底骨质高度小于1.75mm的寰椎，进钉点投影在后弓下缘下方，实际进钉点位于寰椎侧块与椎弓根交界处，螺钉跨越寰椎后弓进行固定。 4、生物力学测量结果：所有标本在MTS858MiniBionix(R)生物力学实验机上测量螺钉的拔出力。第一、二、三型寰椎椎弓根螺钉的拔出力分别为1457.96±420.73牛顿，1399.11±435.01牛顿，1081.41±409.33牛顿。 5、统计分析结果：寰椎干骨标本双侧的数据分别进行描述性统计分析。三组螺钉拔出力结果进行单向方差分析，F=1.845，P=0.183，无显著性差异，无需进行多重比较。 四、结论 1、成年人寰椎的形态变异较大，特别是与经椎弓根螺钉固定密切相关的后弓和椎弓根变异更为显著，对寰椎椎弓根螺钉固定影响较大的因素：(1)后弓的高度。通常在后弓的后表面选取进钉点，如果后弓过薄必然会增加手术难度，最薄一例后弓仅为0.74mm高。(2)椎动脉沟形态。可分为浅沟型、深沟型、半环型、全环型等类别。(3)钉道处椎动脉沟底部的骨质厚度。该部位的骨质厚度与椎动脉沟形态有关，深沟型的骨质厚度最薄。术中避开椎动脉是成功置钉的关键，而实际操作中最易引起椎动脉损伤的部位就在沟底，因此强调选取进钉点时应以此处的骨质情况为准。由于成年人寰椎椎弓根螺钉直径多为3.5mm，因此我们以螺钉直径3.5mm，半径1.75mm为标准，按寰椎后弓的解剖形态分为三类：第一型：普通型，占83％，椎动脉沟底骨质高度大于3.5mm；第二型：轻度变异型，占13％，椎动脉沟底骨质高度介于1.75至3.5mm之间；第三型：重度变异型，占4％，椎动脉沟底骨质高度小于1.75mm。 2、由测量结果得知螺钉行经的寰椎侧块高度、宽度平均为12.43±1.01mm(左)12.49±0.98mm(右)和12.66±1.37mm(左)12.65±1.38mm(右)，对于放置直径3.5mm的螺钉具有相当大的安全空间，寰椎“椎弓根”的平均宽度为7.86±0.77mm(左)7.84±0.78mm(右)，也可以安全容纳螺钉。 由于椎弓根宽度足够，在设计进钉方式时以通过寰椎椎弓根的中外1/3为进钉点的纵坐标已较肯定；选横坐标时，原方法以后弓上缘下至少3mm定点，但选择进钉点时实际想避开的是椎动脉，椎动脉沟底部与后弓上缘之间的距离变异较大，例如就有环状的椎动脉沟，后缘的骨质向上延伸已与前缘骨质相连，这段椎动脉其实被包在一个骨管中，称为“椎动脉管”更为合适，如仍以“后弓上缘下至少3mm定点”，螺钉将可能直刺椎动脉。因此建议以通过寰椎椎弓根的中外1/3矢状面与通过椎动脉沟底部下约2mm处(略大于螺钉半径1.75mm，以避免突破椎动脉沟底骨皮质，损伤椎动脉)横断面的交线为进钉通道，进钉通道在后弓后方骨皮质上的投影点为进钉点。在标本的置钉过程中由于可以直视椎动脉沟，操作较为简单，但在术中显露椎动脉沟是极困难的，所以我们建议术前必须行寰椎的CT三维重建，按钉道处椎动脉沟底部的骨质厚度将寰椎进行分类，并确定椎动脉沟底在寰椎后弓的投影，结合术中探察，安全地完成置钉。 3、第一型寰椎的螺钉通过椎弓根进入侧块，螺钉完全在骨质内，是经典的椎弓根螺钉固定方式，在三种方法中力学稳定性最大；第二型寰椎的螺钉突破部份椎弓根下缘骨皮质进入侧块；而第三型寰椎的螺钉则完全在椎弓根以外，从寰椎侧块与椎弓根交界处进入侧块，第三型寰椎的“椎弓根螺钉”其实是跨越寰椎椎弓根进入侧块进行固定，生物力学稳定性最小。将三种类型寰椎的椎弓根螺钉拔出力进行方差分析，结果显示三者拔出力无显著差异，说明所设计的螺钉固定方式具有实用价值。

目录

文摘

英文文摘

引言

第一章寰椎干骨的解剖测量与形态分类

第二章各型寰椎标本模型的建立和置钉方法的研究

第三章各型寰椎椎弓根螺钉拔出力的实验研究

小结

参考文献

课题综述寰椎椎弓根螺钉固定技术的研究进展

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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