脊柱内固定原理
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人本未来
三柱理论
前柱 中柱 后柱 • 1983年Denis提出三柱分类概念，提 出脊柱的稳定性有赖于中柱的完整， 并强调后方韧带复合结构对稳定性的 作用。Denis提出三柱分类： 将脊柱分为前、中、后三柱。 前柱：前纵韧带、椎体前二分之一、 椎间盘的前部。 中柱：椎体后二分之一、椎间盘后半 部分、后纵韧带和椎管。 后柱：关节突、黄韧带、棘间韧带、 棘上韧带。
人本未来
脊柱内固定器械
人本未来
脊柱内固定器械的优点
• 脊柱复位（侧弯，后突，滑脱） • 维持复位的稳定，防止畸形进一步发展
• 促进骨性融合
人本未来
内固定类型
• • • • • • 单纯螺钉（拉力螺钉） 单纯钢丝（作为张力带） 钩棒结合 钉棒结合 钢丝与棒结合 钢板与螺钉结合
人本未来
颈 椎 器 械-螺钉
• 作用：限制运动
维持解剖 防止畸形发生
人本未来
脊柱融合术
• 范围：肿瘤---病变节段上一个正常椎体到下一个 • 位置： 前---椎体间植骨
后---关节突植骨 正常 椎体；畸形---包括整个畸形区域，再加上一个椎体及下 一个椎体
• 植骨的来源：自体骨：髂骨，肋骨，胫骨，腓骨
异体骨
人本未来
脊柱融合术
人本未来
前路胸腰椎器械
• 最早用于胸腰椎侧弯的矫形， 由Dwyer介绍，由Hall和 Zielke修改 • 在侧弯的凸侧放置棒，用垫 片和螺钉连接，进行加压和 去旋转以矫正畸形 • 此技术主要应用于胸腰段前 中柱创伤、肿瘤和侧弯的矫 形 • 后方不能再放置其他内固定 物
人本未来
人本未来
• 内固定物的要求：
1，很好的生物相容性 2，恢复脊柱正常的解剖关系和稳定性 3，限制脊柱的自由度 4，简单安全，容易安装 5，有足够的强度，以去除外支架 6，不影响术后影像学检查（CT,MRI）
人本未来
内置物的基本构成
* 长构件结构：棒，钢板，线缆 * 固定椎体构件：椎弓根螺钉，椎板钩，椎板下钢丝， 前方椎体螺钉 * 将二者连接起来的连接部分
脊柱内固定原理
寇 万 福
人本未来
脊柱内固定发展史
• 最初是为治疗脊柱侧弯设计的： 作为临时复位系统并辅助脊柱融合 • 上世纪60年代， Harrington和Luqne问世 后，扩大到脊柱创伤治疗 • 上世纪70年代，椎弓根螺钉装置，例如 Dick钉、RF钉杆装置 • 上世纪80年代，由法国的Cotrel和 Dubousset发明了C-D钉棒结合装置系统
人本未来
椎间融合器
• 虽然使用Cage的适应证 没有明确的限制，但更 适合以下病人： 单节段病变 无心理障碍 非手术治疗至少6个月 以上没有好转
人本未来
椎间源自文库合器
• 直立的融合器（Mesh）， 在椎体切除后作为椎体的 替代物，可以恢复前柱的 结构。 • Mesh需要应力的分散支 持，因此需伴随前路钢板 或后路椎弓根系统固定。 • 不论是Cage还是Mesh， 均可用于颈椎，胸椎和腰 椎。
人本未来
后路胸腰椎器械-钉棒 钉板
• 适应证： 滑脱复位 退行性变融合 假关节修补 腰椎侧弯中 下腰椎爆裂骨折不稳定 肿瘤切除后重建
人本未来
椎间融合器
• 椎间融合器最早是从 后路放在椎间隙，作 为分担应力的结构， 材料是碳纤维的 • 早期融合器是装满植 骨块后打入椎间隙， 由于没有内在的稳定 性，使用时要求与后 路椎弓根螺钉系统配 合使用
人本未来
颈 椎 器 械-后路钢板
• 为了保护椎动脉， 脊髓和神经根，每 个病人在术前均应 进行放射学检查以 确定侧块的正确位 置；术中放置螺钉 时要小心谨慎
人本未来
颈 椎 器 械-后路钢板
适应证：
创伤：不需椎体切除的爆裂骨折 合并后方骨折的脱位或半脱位 严重扭转畸形需前后路固定 退行性变：椎板切除后进行多节段融合 截骨矫形后不稳定 枕颈融合，去除Halo架
* 对于应用后路脊柱内固定器械，应理解和采取张力带法则进行 脊柱载荷再分布 * 从临床的观察的结果，可以看到脊柱背侧起分离作用的力阻碍 了脊柱的正常生物力学行为；而背侧发生加压作用的内固定系 统，却与正常生物力学相接近 * 脊柱前柱包括椎体和椎间盘，当其中一部分存在缺陷时，仅依 靠后路内固定器械则难以达到前柱的理想载荷分布。因此，需 行前路支撑植骨或其他方法的脊柱前路重建
• 随时间变化， 植骨块与内 固定材料支 持载荷的分 布发生改变
人本未来
载荷分布法则
椎间盘与椎体后部完整腰椎 的载荷分布 • 关节突承受17%垂直压力 • 90%的垂直压力通过椎体 与椎间盘 • 所有综合力量大于100%是 因为多个方向的合力
人本未来
载荷分布法则
• 后路器械力的分布
人本未来
载荷分布法则
人本未来
后路胸腰椎器械-钩棒
• 节段性固定最早是由Cotrel 描述的：CD • 首先应用于侧弯和创伤 • 在腰椎（特别在下腰段）， 最好用椎弓根螺钉代替椎板 钩 • 侧弯病人建议使用双棒结构， 包括至少两个横连
人本未来
后路胸腰椎器械
• 对脊柱器械已进行了广泛的基础 科学的研究 • 动物实验的数据表明：后路脊柱 内固定可以促进骨的融合 • 当内固定的强度增加时，融合骨 块的强度也随之增加。但是，强 度增加的越多，会发生与器械有 关的骨质减少。这种骨质疏松是 否具有临床意义还不清楚
人本未来
颈 椎 器 械-前路钢板
• 前路颈椎钢板用于创伤已近 十年 • 生物力学实验显示：在扭转、 侧方弯曲和伸直的情况下， 前路钢板系统与后路钢丝提 供同样的稳定性；在后柱不 稳定的屈曲情况下，前路钢 板不是很适合
人本未来
颈 椎 器 械-前路钢板
但是临床研究 显示，前路钢板固 定植骨融可以有效 地治疗爆裂骨折， 颈椎半脱位合并椎 间盘突出和颈椎肿 瘤 还可以有效地 应用于假关节融合 以及进行多节段融 合。
后路胸腰椎器械-钢丝
• 适应证：神经肌肉性侧弯 侧弯合并胸椎前突 特发性侧弯 • 禁忌证：椎管狭窄 后突 腰椎一般不用钢丝
人本未来
后路胸腰椎器械-钩棒
• 胸腰椎后路钩棒系统 分为节段性与非节段 性 • 非节段性： Harrington 和 Knodt 系统 • Harrington系统很少 用于腰椎侧弯，后路 单纯撑开会引起平背 畸形
• • • •
前柱承担80％ 的应力
中柱和后主承担 20％应力
人本未来
脊柱手术三大原则
• 减压 • 固定 • 融合
人本未来
固定原则
* 重新再分配脊椎载荷 * 限制局部运动从而维持稳定
* 在稳定的环境中，促进坚固的骨融合
人本未来
脊柱融合术
• 原理：以病变椎体为中心，在病变的上一个椎体和
下一个椎体之间进行融合，使其成为一个整体。
SINO
UPASS
人本未来
后路胸腰椎器械
• 体外的生物力学测试显示 脊柱内固定器械可以增加 脊柱结构的稳定 • 通常，脊柱内固定系统分 为限制性与非限制性 • 非限制性系统的疲劳寿命 较长，通常失败是由于松 动而不是断裂。
人本未来
后路胸腰椎器械-钉板
• 椎弓根螺钉系统首先由Harrington 使用，由Roy-Camille推广 • 椎弓根螺钉比骨钩或钢丝稳定性更 好 • 优势：滑脱复位，稳定运动节段， 矫正畸形。提高融合率 • 劣势：风险高（出血多，时间长， 感染率高），医生的水平要求高， 并发症（椎弓根骨折，神经根损伤， 脊髓损伤，血管损伤）
人本未来
张力带法则
人本未来
融合期间载荷分布的变化
* 正常情况下，椎体支撑近75%~80%的脊柱压 力载荷，而后部结构支撑余下的20%~25% * 放置植骨块或者器械构件后，载荷会从椎体 向植骨块或内置物转移
* 固定的内置物将为主要的载荷支持部分，随 后将会有骨的重塑
人本未来
融合期间载荷分布的变化
• 颈椎单纯的螺钉固定最初设 计是为了治疗上颈椎的不稳 定 • C1-C2后路关节间螺钉固定技 术是由Magerl发展的 • 可使C1-C2复合体保持稳定， 促进融合 • 无需Halo支架
人本未来
颈 椎 器 械-螺钉
• 前路单纯螺钉固定用 于齿状突II型骨折的轴 向固定 • 适应证：禁忌用Halo 架的病人 C1-C2的运动对于病 人很重要的病人 • 生物力学及临床数据 表明，单螺钉比双螺钉 更有效
人本未来
椎间融合器
• 生物力学上，椎间融合 器的功能是通过撑开 （纤维环，关节囊，韧 带）的作用达到增加椎 间节段的稳定。 • 长期的稳定来自通过 Cage椎体终板的骨愈 合。
人本未来
椎间融合器
临床上，最近的前瞻性研究表明，对 于椎间盘源性疼痛的治疗，椎间融合器的 效果等于或高于多数传统的方法。
人本未来
椎间融合器
• 带螺纹的融合器经生物力学 测定，在屈曲和侧向弯曲时 稳定性明显提高。拔出力也 高于取出骨桩的力。 • 水平放置两个带螺纹的融合 器比单独放置一个要稳定， 其稳定性可以与椎间植骨伴 后路椎弓根固定相比拟。
人本未来
椎间融合器
• 后来的发展：既有 前路，又有后路带 螺纹的圆柱形融合 器 • 最近发展为可从镜 下放置
人本未来
颈 椎 器 械-钢丝
• 后路钢丝技术是张 力带技术 • 禁忌证：后方附件 骨折或缺损存在严 重的扭转或矢状面 不稳定 • 在扭转或伸展时， 钢丝的稳定性不如 侧块钢板 人本未来
颈 椎 器 械-钩棒
• 用于颈椎的钩棒系统包 括：椎板夹和儿童钩棒 系统 • 椎板夹系统适用于单节 段颈椎不稳定 • 在上颈椎，椎板夹系统 并不比螺钉技术更稳定 • 在中，下颈椎，椎板夹 可能侵占椎管，因此操 作时要小心
人本未来
后路胸腰椎器械-钢丝
• 螺钉关节间固定最初是用于一个或两个 节段腰椎融
合
• 当不需坚强固定或不需复位时，可以辅助融合 • 虽然一些作者报道了它的高融合率，但其他一些报道 显示其效果不如椎弓根螺钉
人本未来
后路胸腰椎器械-钢丝
• 单纯后路钢丝很少应用于 胸椎和腰椎 • Luque首先将节段性棒与 钢丝技术应用与临床 • 用Luque技术治疗侧弯和 后突的效果很好，但穿过 椎板的路径中会有神经损 害危险，如使用线缆可以 减少危险 人本未来
人本未来
颈 椎 器 械-前路钢板
• 适应证：
创伤：椎间盘突出合并半脱位 伸直型泪滴骨折 爆裂骨折 严重旋转型损伤，需前 后内固定 退行性变：类风湿关节炎造成 的多节段不稳定、假关节 肿瘤
人本未来
颈 椎 器 械-后路钢板
• 在上颈椎，螺钉可以通关节， 穿过C1-C2的关节进行固定， 也可以打入C2的椎弓根。 • C3-C6固定在侧块上 • C7既可以固定椎弓根，也 可以固定侧块
三柱理论
前柱 中柱 后柱 • 1983年Denis提出三柱分类概念，提 出脊柱的稳定性有赖于中柱的完整， 并强调后方韧带复合结构对稳定性的 作用。Denis提出三柱分类： 将脊柱分为前、中、后三柱。 前柱：前纵韧带、椎体前二分之一、 椎间盘的前部。 中柱：椎体后二分之一、椎间盘后半 部分、后纵韧带和椎管。 后柱：关节突、黄韧带、棘间韧带、 棘上韧带。
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脊柱内固定器械
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脊柱内固定器械的优点
• 脊柱复位（侧弯，后突，滑脱） • 维持复位的稳定，防止畸形进一步发展
• 促进骨性融合
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内固定类型
• • • • • • 单纯螺钉（拉力螺钉） 单纯钢丝（作为张力带） 钩棒结合 钉棒结合 钢丝与棒结合 钢板与螺钉结合
人本未来
颈 椎 器 械-螺钉
• 作用：限制运动
维持解剖 防止畸形发生
人本未来
脊柱融合术
• 范围：肿瘤---病变节段上一个正常椎体到下一个 • 位置： 前---椎体间植骨
后---关节突植骨 正常 椎体；畸形---包括整个畸形区域，再加上一个椎体及下 一个椎体
• 植骨的来源：自体骨：髂骨，肋骨，胫骨，腓骨
异体骨
人本未来
脊柱融合术
人本未来
前路胸腰椎器械
• 最早用于胸腰椎侧弯的矫形， 由Dwyer介绍，由Hall和 Zielke修改 • 在侧弯的凸侧放置棒，用垫 片和螺钉连接，进行加压和 去旋转以矫正畸形 • 此技术主要应用于胸腰段前 中柱创伤、肿瘤和侧弯的矫 形 • 后方不能再放置其他内固定 物
人本未来
人本未来
• 内固定物的要求：
1，很好的生物相容性 2，恢复脊柱正常的解剖关系和稳定性 3，限制脊柱的自由度 4，简单安全，容易安装 5，有足够的强度，以去除外支架 6，不影响术后影像学检查（CT,MRI）
人本未来
内置物的基本构成
* 长构件结构：棒，钢板，线缆 * 固定椎体构件：椎弓根螺钉，椎板钩，椎板下钢丝， 前方椎体螺钉 * 将二者连接起来的连接部分
脊柱内固定原理
寇 万 福
人本未来
脊柱内固定发展史
• 最初是为治疗脊柱侧弯设计的： 作为临时复位系统并辅助脊柱融合 • 上世纪60年代， Harrington和Luqne问世 后，扩大到脊柱创伤治疗 • 上世纪70年代，椎弓根螺钉装置，例如 Dick钉、RF钉杆装置 • 上世纪80年代，由法国的Cotrel和 Dubousset发明了C-D钉棒结合装置系统
人本未来
椎间融合器
• 虽然使用Cage的适应证 没有明确的限制，但更 适合以下病人： 单节段病变 无心理障碍 非手术治疗至少6个月 以上没有好转
人本未来
椎间源自文库合器
• 直立的融合器（Mesh）， 在椎体切除后作为椎体的 替代物，可以恢复前柱的 结构。 • Mesh需要应力的分散支 持，因此需伴随前路钢板 或后路椎弓根系统固定。 • 不论是Cage还是Mesh， 均可用于颈椎，胸椎和腰 椎。
人本未来
后路胸腰椎器械-钉棒 钉板
• 适应证： 滑脱复位 退行性变融合 假关节修补 腰椎侧弯中 下腰椎爆裂骨折不稳定 肿瘤切除后重建
人本未来
椎间融合器
• 椎间融合器最早是从 后路放在椎间隙，作 为分担应力的结构， 材料是碳纤维的 • 早期融合器是装满植 骨块后打入椎间隙， 由于没有内在的稳定 性，使用时要求与后 路椎弓根螺钉系统配 合使用
人本未来
颈 椎 器 械-后路钢板
• 为了保护椎动脉， 脊髓和神经根，每 个病人在术前均应 进行放射学检查以 确定侧块的正确位 置；术中放置螺钉 时要小心谨慎
人本未来
颈 椎 器 械-后路钢板
适应证：
创伤：不需椎体切除的爆裂骨折 合并后方骨折的脱位或半脱位 严重扭转畸形需前后路固定 退行性变：椎板切除后进行多节段融合 截骨矫形后不稳定 枕颈融合，去除Halo架
* 对于应用后路脊柱内固定器械，应理解和采取张力带法则进行 脊柱载荷再分布 * 从临床的观察的结果，可以看到脊柱背侧起分离作用的力阻碍 了脊柱的正常生物力学行为；而背侧发生加压作用的内固定系 统，却与正常生物力学相接近 * 脊柱前柱包括椎体和椎间盘，当其中一部分存在缺陷时，仅依 靠后路内固定器械则难以达到前柱的理想载荷分布。因此，需 行前路支撑植骨或其他方法的脊柱前路重建
• 随时间变化， 植骨块与内 固定材料支 持载荷的分 布发生改变
人本未来
载荷分布法则
椎间盘与椎体后部完整腰椎 的载荷分布 • 关节突承受17%垂直压力 • 90%的垂直压力通过椎体 与椎间盘 • 所有综合力量大于100%是 因为多个方向的合力
人本未来
载荷分布法则
• 后路器械力的分布
人本未来
载荷分布法则
人本未来
后路胸腰椎器械-钩棒
• 节段性固定最早是由Cotrel 描述的：CD • 首先应用于侧弯和创伤 • 在腰椎（特别在下腰段）， 最好用椎弓根螺钉代替椎板 钩 • 侧弯病人建议使用双棒结构， 包括至少两个横连
人本未来
后路胸腰椎器械
• 对脊柱器械已进行了广泛的基础 科学的研究 • 动物实验的数据表明：后路脊柱 内固定可以促进骨的融合 • 当内固定的强度增加时，融合骨 块的强度也随之增加。但是，强 度增加的越多，会发生与器械有 关的骨质减少。这种骨质疏松是 否具有临床意义还不清楚
人本未来
颈 椎 器 械-前路钢板
• 前路颈椎钢板用于创伤已近 十年 • 生物力学实验显示：在扭转、 侧方弯曲和伸直的情况下， 前路钢板系统与后路钢丝提 供同样的稳定性；在后柱不 稳定的屈曲情况下，前路钢 板不是很适合
人本未来
颈 椎 器 械-前路钢板
但是临床研究 显示，前路钢板固 定植骨融可以有效 地治疗爆裂骨折， 颈椎半脱位合并椎 间盘突出和颈椎肿 瘤 还可以有效地 应用于假关节融合 以及进行多节段融 合。
后路胸腰椎器械-钢丝
• 适应证：神经肌肉性侧弯 侧弯合并胸椎前突 特发性侧弯 • 禁忌证：椎管狭窄 后突 腰椎一般不用钢丝
人本未来
后路胸腰椎器械-钩棒
• 胸腰椎后路钩棒系统 分为节段性与非节段 性 • 非节段性： Harrington 和 Knodt 系统 • Harrington系统很少 用于腰椎侧弯，后路 单纯撑开会引起平背 畸形
• • • •
前柱承担80％ 的应力
中柱和后主承担 20％应力
人本未来
脊柱手术三大原则
• 减压 • 固定 • 融合
人本未来
固定原则
* 重新再分配脊椎载荷 * 限制局部运动从而维持稳定
* 在稳定的环境中，促进坚固的骨融合
人本未来
脊柱融合术
• 原理：以病变椎体为中心，在病变的上一个椎体和
下一个椎体之间进行融合，使其成为一个整体。
SINO
UPASS
人本未来
后路胸腰椎器械
• 体外的生物力学测试显示 脊柱内固定器械可以增加 脊柱结构的稳定 • 通常，脊柱内固定系统分 为限制性与非限制性 • 非限制性系统的疲劳寿命 较长，通常失败是由于松 动而不是断裂。
人本未来
后路胸腰椎器械-钉板
• 椎弓根螺钉系统首先由Harrington 使用，由Roy-Camille推广 • 椎弓根螺钉比骨钩或钢丝稳定性更 好 • 优势：滑脱复位，稳定运动节段， 矫正畸形。提高融合率 • 劣势：风险高（出血多，时间长， 感染率高），医生的水平要求高， 并发症（椎弓根骨折，神经根损伤， 脊髓损伤，血管损伤）
人本未来
张力带法则
人本未来
融合期间载荷分布的变化
* 正常情况下，椎体支撑近75%~80%的脊柱压 力载荷，而后部结构支撑余下的20%~25% * 放置植骨块或者器械构件后，载荷会从椎体 向植骨块或内置物转移
* 固定的内置物将为主要的载荷支持部分，随 后将会有骨的重塑
人本未来
融合期间载荷分布的变化
• 颈椎单纯的螺钉固定最初设 计是为了治疗上颈椎的不稳 定 • C1-C2后路关节间螺钉固定技 术是由Magerl发展的 • 可使C1-C2复合体保持稳定， 促进融合 • 无需Halo支架
人本未来
颈 椎 器 械-螺钉
• 前路单纯螺钉固定用 于齿状突II型骨折的轴 向固定 • 适应证：禁忌用Halo 架的病人 C1-C2的运动对于病 人很重要的病人 • 生物力学及临床数据 表明，单螺钉比双螺钉 更有效
人本未来
椎间融合器
• 生物力学上，椎间融合 器的功能是通过撑开 （纤维环，关节囊，韧 带）的作用达到增加椎 间节段的稳定。 • 长期的稳定来自通过 Cage椎体终板的骨愈 合。
人本未来
椎间融合器
临床上，最近的前瞻性研究表明，对 于椎间盘源性疼痛的治疗，椎间融合器的 效果等于或高于多数传统的方法。
人本未来
椎间融合器
• 带螺纹的融合器经生物力学 测定，在屈曲和侧向弯曲时 稳定性明显提高。拔出力也 高于取出骨桩的力。 • 水平放置两个带螺纹的融合 器比单独放置一个要稳定， 其稳定性可以与椎间植骨伴 后路椎弓根固定相比拟。
人本未来
椎间融合器
• 后来的发展：既有 前路，又有后路带 螺纹的圆柱形融合 器 • 最近发展为可从镜 下放置
人本未来
颈 椎 器 械-钢丝
• 后路钢丝技术是张 力带技术 • 禁忌证：后方附件 骨折或缺损存在严 重的扭转或矢状面 不稳定 • 在扭转或伸展时， 钢丝的稳定性不如 侧块钢板 人本未来
颈 椎 器 械-钩棒
• 用于颈椎的钩棒系统包 括：椎板夹和儿童钩棒 系统 • 椎板夹系统适用于单节 段颈椎不稳定 • 在上颈椎，椎板夹系统 并不比螺钉技术更稳定 • 在中，下颈椎，椎板夹 可能侵占椎管，因此操 作时要小心
人本未来
后路胸腰椎器械-钢丝
• 螺钉关节间固定最初是用于一个或两个 节段腰椎融
合
• 当不需坚强固定或不需复位时，可以辅助融合 • 虽然一些作者报道了它的高融合率，但其他一些报道 显示其效果不如椎弓根螺钉
人本未来
后路胸腰椎器械-钢丝
• 单纯后路钢丝很少应用于 胸椎和腰椎 • Luque首先将节段性棒与 钢丝技术应用与临床 • 用Luque技术治疗侧弯和 后突的效果很好，但穿过 椎板的路径中会有神经损 害危险，如使用线缆可以 减少危险 人本未来
人本未来
颈 椎 器 械-前路钢板
• 适应证：
创伤：椎间盘突出合并半脱位 伸直型泪滴骨折 爆裂骨折 严重旋转型损伤，需前 后内固定 退行性变：类风湿关节炎造成 的多节段不稳定、假关节 肿瘤
人本未来
颈 椎 器 械-后路钢板
• 在上颈椎，螺钉可以通关节， 穿过C1-C2的关节进行固定， 也可以打入C2的椎弓根。 • C3-C6固定在侧块上 • C7既可以固定椎弓根，也 可以固定侧块