寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆加压治疗_省略_fferson骨折的生物力学研究_唐林

寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆加压治疗不稳定性Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ骨折的生物力学研究唐　林1,肖增明1,陈国军2(1.广西医科大学第一附属医院脊柱骨病科,广西　南宁　530021;2.广西大学机械材料力学实验室,广西　南宁　530001)摘要　目的:评价寰枢椎椎弓根螺钉+横连杆加压治疗不稳定性Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ骨折的力学稳定性,为其临床应用提供力学依据。

方法:6例完整枕骨颈椎湿润标本制成不稳定性Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ骨折模型,分别安装寰枢椎椎弓根螺钉系统和寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆系统,通过摄像将1.53Ｎｍ载荷下的三维运动记录脊柱三维运动稳定性评价方法,评价其重建寰枢椎即时稳定性的效果。

结果:在屈伸和侧屈时,寰枢椎椎弓根螺钉+横连杆固定组的运动范围小于寰枢椎椎弓根螺钉组,但差异没有统计学意义。

在轴向旋转时,寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆固定组的运动范围明显小于寰枢椎椎弓根螺钉组(Ｐ<0.05)。

结论:在失稳的寰枢椎节段上,寰枢椎椎弓根螺钉组及寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆组固定后的三维运动明显减少,都能达到临床固定的目的。

但是,寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆组能够提供更强的抗旋转性能。

关键词　生物力学;椎弓根螺钉;不稳定;Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ骨折中图分类号:Ｒ683.2 文献标识码:Ａ 文章编号:1005-9334(2010)05-0643-03ＢｉｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔｕｄｙｏｎＡｔｌａｎｔｏａｘｉａｌＰｅｄｉｃａｌＳｃｒｅｗａｎｄＣｒｏｓｓｌｉｎｋＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｆｏｒＩｎｓｔａｂｉｌｉｔｙＪｅｆｆｅｒｓｏｎＦｒａｃｔｕｒｅＴＡＮＧＬｉｎ,ＸＩＡＯＺｅｎｇ-ｍｉｎｇ,ＣＨＥＮＧｕｏ-ｊｕｎ(ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＯｒｔｈｏｐａｅｄｉｃｓ,ＴｈｅＦｉｒｓｔＡｆｆｉｌｉａｔｅｄＨｏｓｐｉｔａｌｏｆＧｕａｎｇｘｉＭｅｄｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ,Ｎａｎｎｉｎｇ530021,Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｖｉｄｅｎｔｏｆａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｐｅｄｉｃａｌｓｃｒｅｗａｎｄｃｒｏｓｓｌｉｎｋｃｏｍ-ｐｒｅｓｓｉｏｎｆｏｒｉｎｓｔａｂｌｅＪｅｆｆｅｒｓｏｎｆｒａｃｔｕｒｅ,ｗｅｅｖａｌｕａｔｅｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｊｕｎｃｔｉｏｎｆｉｘａｔｉｏｎｂｙｉｔ.Ｍｅｔｈｏｄｓ:ｓｉｘｏｆｔｈｅａｄｕｌｔｃｅｒｖｉｃａｌｓｐｉｎａｌｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗｈｉｃｈｗｅｒｅｅｎｔｉｒｅｗｅｔ-ｃａｄａｖｅｒｓ(ｆｒｏｍｏｃｃｉｐｉｔａｌｅｔｏＣ4)ｗｅｒｅｍａｄｅｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｕｎ-ｓｔａｂｌｅＪｅｆｆｅｒｓｏｎｆｒａｃｔｕｒｅ.Ｔｈｅｓｅｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓｄｉｓｌｏｃａｔｅｄｗｅｒｅｆｉｘｅｄｂｙａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｐｅｄｉｃａｌｓｃｒｅｗａｎｄａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｐｅｄｉｃａｌｓｃｒｅｗａｎｄｃｒｏｓｓｌｉｎｋｓｙｓｔｅｍ.ＴｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｖｅｍｅｎｔｓｏｆＣ1-Ｃ2ｗｅｒｅｒｅｃｏｒｄｅｄｔｈｏｕｇｈｐｈｏｔｏｇｒａｍｅｔｒｙｗｉｔｈａｐｕｒｅｍｏｍｅｎｔｏｆ1.53Ｎｍ.Ｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｍｏｔｉｏｎ(ＲＯＭ)ｏｆｅａｃｈｓｐｅｃｉｍｅｎｓｉｎｔｗｏｆｉｘａｔｉｏｎｓｗａｓｃａｃｕｌａｔｅｄ.Ｒｅｓｕｌｔｓ:ＴｈｅＲＯＭｆｏｒｔｈｅａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｐｅｄｉｃａｌｓｃｒｅｗａｎｄｃｒｏｓｓｌｉｎｋｌｏｗｅｒｔｈａｎａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｐｅｄｉｃａｌｓｃｒｅｗｉｎｆｌｅｃｉｏｎ-ｅｘｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｌａｔｅｒａｌｂｅｎ-ｄｉｎｇ(Ｐ>0.05).Ｉｎａｘｉａｌｔｏｒｓｉｏｎ,ｔｈｅａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｐｅｄｉｃａｌｓｃｒｅｗａｎｄｃｒｏｓｓｌｉｎｋｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｐｅｄｉ-ｃａｌｓｃｒｅｗ(Ｐ<0.05).Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ:Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｅｓｔｉｎｇ,ａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｐｅｄｉｃａｌｓｃｒｅｗａｎｄａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｐｅｄｉｃａｌｓｃｒｅｗａｎｄｃｒｏｓｓｌｉｎｋｓｙｓｔｅｍｆｉｘａｔｉｏｎｏｎａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｒｏｖｉｄｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｏｓｔｏｐｅｒａｔｉｖｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ.Ｈｏｗｅｖｅｒ,ａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｐｅｄｉｃａｌｓｃｒｅｗａｎｄｃｒｏｓｓｌｉｎｋｓｙｓｔｅｍｆｉｘａｔｉｏｎｈａｓｂｅｔｔｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｔｈａｎａｔｌａｎｔｏａｘｉａｌｐｅｄｉｃａｌｓｃｒｅｗｉｎａｘｉａｌｔｏｒｓｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃａｓ;Ｐｅｄｉｃａｌｓｃｒｅｗｆｉｘａｔｉｏｎ;Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ;Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎｆｒａｃｔｕｒｅ 寰椎是枕-寰-枢复合体最重要的一环,对上颈椎的稳定性影响最大。

据报道,寰椎骨折占上颈椎损伤的25%,占颈椎损伤的10%,占脊柱损伤的2%[1]。

不稳定性寰椎骨折常造成颈脊髓受压,导致病人瘫痪,甚至危及生命。

目前后路寰枢椎椎弓根螺钉有取代Ｍａｇｅｒｌ技术趋势,成为治疗寰枢椎不稳的金标准。

但近年来国内外有作者[2-3]提出寰椎侧块螺钉加枢椎椎弓根螺钉加横连杆加压固定技术治疗严重不稳定性Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ骨折,并取得了良好的临床效果。

但是要完成寰椎侧块螺钉必须显露寰椎后弓根部,术中需将神经根和静脉丛向下推开,此操作易导致静脉丛出血,而且止血困难的缺点。

所以我们提出用寰椎椎弓根螺钉固定替代寰椎侧块螺钉,同时对它的生物力学稳定性进行研究评价。

本研究通过对寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆术式与目前治疗寰枢椎不稳的标准术式(后路寰枢椎椎弓根螺钉固定)的生物力学三维稳定性的比较,以期对其开展应用提供理论依据。

643　第21卷　第5期 航空航天医药2010年5月1　材料与方法1.1　标本的制作与准备　成人6具完整枕骨颈椎湿润标本(Ｃ0-Ｃ4),性别、年龄、死因均不详,经大体观察及Ｘ线摄片证实骨骼完整和无骨性异常,仔细将其附着肌肉剔除,保留韧带及关节囊的完整,在颈椎前2.0ｃｍ平行冠状面取下颅骨前面部分及下颚骨,取出脑组织,制成颈椎完整状态的实验模型(Ｍ1)。

所有标本编号并各自放入双层塑料袋中,用甲醛防腐剂保存。

所有标本来自广西医科大学解剖学教研室湿性标本。

切断寰椎前后弓与侧块的联接部位,并切断寰椎横韧带,制成寰椎不稳定性Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ骨折的实验模型(Ｍ2)。

在失稳模型上对每具标本先后进行双侧Ｃ1～Ｃ2椎弓根螺钉棒系统(Ｍ3)、双侧Ｃ1～Ｃ2椎弓根螺钉棒加横连杆系统(Ｍ4),制成这两种不同方式的固定模型(寰枢椎椎弓根螺钉-棒加横连杆系统及相关器械由西脉公司提供)。

1.2　实验设备(由广西大学机械材料力学实验室提供)　ＷＤＷ3100微机控制电子万能试验机(0.002ｋＮ),扭转试验机(0.01ＮＭ)百分表(0.01ｍｍ),计算结果误差<2%。

加载力矩:1.53Ｎｍ。

1.3　运动范围分析软件　Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ:运动图像处理软件及ＡｎｔｏＣＡＤＦｏｒ2008运动范围处理软件(由广西大学机械材料力学实验室提供)。

1.4　加载方式及方法　将Ｃ2～Ｃ4用钢板固定,头颅用夹具夹紧,模拟枕颈部的生理活动方式,使枕颈标本产生生理性的前屈、后伸、左右侧屈运动(在材料试验机上进行);将Ｃ2～Ｃ4夹紧,使标本产生左右轴向旋转运动(在扭转机上进行),加载最大力矩为1.53Ｎｍ。

Ｐａｎｊａｂｉ等报道应用最大力矩1.53Ｎｍ,能产生生理性最大运动范围,能体现标本运动的前后改变,又不损伤标本,本实验所做的预实验也证实了这一点。

故标本可反复进行试验及能发现寰枢椎的运动改变。

对预先进行实验的标本应用3次最大力矩-零周期方式以减少标本的黏弹性作用,第3次允许30ｓ蠕变,以进一步减少标本的黏弹性,再进行测量。

在整个试验过程中始终用生理盐水保持标本韧带的湿润。

1.5　手术方法　所有运动评价针对Ｃ1～2节段。

人为地制造成不稳定性Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ骨折的模型(即在寰椎前后弓与侧块的连接处咬断,尖刀切断横韧带,制成不稳定性Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ骨折的模型)。

然后根据内固定方式不同分成两组:(1)寰枢椎椎弓根螺钉组,寰椎进针点按照谭明生[4]方法:置入万向椎弓根螺钉。

按照Ｅｂｒａｈｅｉｍ法[5]置入枢椎椎弓根螺钉。

再分别于两侧钉尾Ｕ型槽内置入合适长度的连接棒,拧入紧固螺帽固定。

(2)寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆组。

方法同上,在安置好寰枢椎椎弓根螺钉的其础上,在连接棒上安置横连杆,拧紧固定螺帽。

1.6　实验程序　最大载荷力矩为1.53Ｎｍ,每具标本按下列程序测试:①完整结构组(正常标本);②不稳定性Ｊｅｆｆｅｒ-ｓｏｎ骨折组;③寰枢椎椎弓根螺钉组;④寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆组。

两轮测试时间间隔为1ｈ;前一轮固定器械在实验后即拆除,以满足标本弹性变形恢复的时间要求。

1.7　脊柱三维运动测试　首先用直径为2.0ｍｍ的小金属针在Ｃ1～2椎体前壁或附件骨质内嵌入各2枚(测量同一关节运动的3枚针不在同一条轴线上)。

钉末端涂上红漆利于计算机识别系统识别,且这些标记在整个运动中不会相互接触,并容易观测。

将准备好的枕骨颈椎标本安放在材料试验机上,每个标本在不同内固定组别下,按照上述加载方式及方法,连续加载至最大力矩1.53Ｎｍ,然后分别测试它们的三维运动范围。

由摄像机拍摄零载荷和最大载荷时的脊柱动动状态图像,经计算机图像处理系统识别定位于标本上的标志,再经过动动范围处理软件处理,由此可计算出各节段的运动范围参数。

以上试验重复3次,测试值取平均值。

1.8　统计学处理　所有运动参数数据均由Ｓｐｓｓ13.0ＦｏｒＷｉｎｄｏｗｓ软件包进行统计学处理。

计算4种模型ＲＯＭ值的均数和标准差。

用方差分析进行统计分析比较。

统计检验的显著性设在Ｐ<0.05。

2　结果在1.53Ｎｍ载荷作用下,Ｃ1～2节段在正常标本、不稳定性Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ骨折标本及不同内固定组的前屈/后伸,左右侧弯和轴向旋转的运动范围(表1),其中轴向旋转为左右旋转的平均值。

统计方法采用方差分析,结果显示:不稳定性Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ骨折模型的各方向的运动范围明显大于完整状态的模型(Ｐ<0.01),但两种固定方式各方向的运动范围明显小于完整状态(Ｐ<0.01);寰枢椎椎弓根螺钉组与寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆组相比:寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆组在前屈/后伸及左右侧弯的运动范围少于寰枢椎椎弓根螺钉,但无统计学意义(Ｐ>0.05),在轴向旋转时,寰枢椎椎弓根螺钉加横连杆固定组的运动范围明显小于寰枢椎椎弓根螺钉(Ｐ<0.05)。