經(jīng)口前路寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)間固定融合器的研制及生物力學(xué)分析

廖文勝，劉玉峰，鮑 恒，王利民

1)鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科 鄭州 450052 2)洛陽(yáng)正骨醫(yī)院骨質(zhì)疏松科 洛陽(yáng)471002

先天性寰椎枕骨化是常見(jiàn)的一種顱頸交界畸形，約占該部位骨性畸形的三分之一[1]。目前寰椎枕骨化合并顱底凹陷、齒狀突上移的治療仍困難。對(duì)于經(jīng)顱骨牽引仍難以復(fù)位者，被廣泛采用的方法是首先前路經(jīng)口松解、減壓后，再行后路固定和融合[2-3]。此方法需兩個(gè)切口，一期或二期完成。除了前路手術(shù)容易合并感染等風(fēng)險(xiǎn)外[4]，此方法會(huì)造成枕骨化的寰椎與樞椎間的側(cè)塊關(guān)節(jié)分離，存在著難以維持充分復(fù)位、椎動(dòng)靜脈損傷、骨性融合部位不符合生理力學(xué)傳導(dǎo)等后路手術(shù)固有的缺陷。從力學(xué)角度上講，前方側(cè)塊關(guān)節(jié)間植骨融合比后方枕骨和樞椎椎板間融合更合理。為此，有學(xué)者對(duì)上頸椎以及枕頸交界區(qū)的前路固定進(jìn)行了有益的探索，設(shè)計(jì)了各具特色的前路板狀固定裝置，并應(yīng)用于寰樞椎脫位或其他枕頸交界區(qū)畸形的治療[5-8]。作者基于融合器和板的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了經(jīng)口前路寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)間固定融合器，并觀察了其軸向生物力學(xué)穩(wěn)定性，報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1經(jīng)口前路寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)間固定融合器的設(shè)計(jì)該固定融合器分左右兩側(cè)，各由兩部分組成，見(jiàn)圖1所示。第一部分為板狀結(jié)構(gòu)，厚2 mm，寬8 mm，其上有3個(gè)孔，兩側(cè)的孔分別固定到寰椎和樞椎上，中間的孔與第二部分的融合器固定在一起，融合器高8 mm，置入寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)內(nèi)。配套螺釘為直徑3.5 mm的皮質(zhì)骨螺釘。板和螺釘材料均為鈦合金。該融合器委托浙江廣慈醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn)。

圖1 經(jīng)口前路寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)間固定融合器

1.2實(shí)驗(yàn)標(biāo)本的制備成年防腐頸椎標(biāo)本7具，性別不限，由鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室提供，經(jīng)檢查排除頸椎外傷、骨病及畸形，低溫保存。剔除椎旁肌肉、脂肪等組織，取出寰樞椎，去除其間的韌帶、關(guān)節(jié)囊等，用聚甲基丙烯酸甲酯(自凝型，上海醫(yī)用模具廠生產(chǎn))進(jìn)行包埋，下包埋塊與地平面平行，上包埋塊與固定后寰椎的冠狀面平行，以便于生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)軸向加壓，包埋時(shí)注意保護(hù)好釘?shù)馈?/p>

1.3實(shí)驗(yàn)分組將7具標(biāo)本先用前路寰樞椎側(cè)塊

關(guān)節(jié)固定融合器固定并行生物力學(xué)測(cè)試。然后將7具標(biāo)本的前路固定融合器拆除后，再行后路釘棒系統(tǒng)(北京福樂(lè)醫(yī)療器械公司產(chǎn)品)固定和生物力學(xué)測(cè)試。具體的固定方法如下。前路固定融合器固定：固定時(shí)，板狀結(jié)構(gòu)上兩側(cè)的孔通過(guò)螺釘分別固定到寰椎和樞椎上，寰椎固定于側(cè)塊處，樞椎固定于椎體上；中間的孔通過(guò)螺釘與融合器固定在一起，融合器置入寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)內(nèi)。螺釘擰緊前，融合器與板之間角度可以調(diào)節(jié)，以便在顱頸交界區(qū)畸形側(cè)塊關(guān)節(jié)面存在較大變異時(shí)，融合器仍可以與關(guān)節(jié)面較好地貼合。后路固定：寰椎進(jìn)釘點(diǎn)為寰椎后結(jié)節(jié)旁開(kāi)20～25 mm,直視下在椎弓下方將螺釘擰入寰椎的側(cè)塊。樞椎的進(jìn)釘點(diǎn)為樞椎椎弓根軸線在后方椎板上的投影。寰椎側(cè)塊螺釘?shù)拈L(zhǎng)度為22 mm，樞椎椎弓根螺釘長(zhǎng)度為24 mm，直徑3.5 mm。兩釘以直徑3.5 mm的鈦棒相連接。為模擬后路手術(shù)撐開(kāi)復(fù)位狀態(tài)，寰椎和樞椎間也做8 mm的撐開(kāi)。

1.4生物力學(xué)測(cè)試將固定后的標(biāo)本放于AGS-10KNG型萬(wàn)能生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)(日本島津公司)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，將試驗(yàn)機(jī)的最大載荷設(shè)為100 N，加載速率控制為1 mm/min，進(jìn)行連續(xù)加載。記錄30、50和70 N載荷下的軸向位移。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。采用配對(duì)樣本的t檢驗(yàn)對(duì)兩種固定方法固定的標(biāo)本相同載荷條件下的軸向位移進(jìn)行比較。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1固定效果見(jiàn)圖2。前路固定后，融合器可以與關(guān)節(jié)面較好地貼合。

2.2生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同載荷兩種方法固定后下軸向位移的比較見(jiàn)表1。可以看出，在軸向載荷分別為30、50和70 N時(shí)，前路固定的位移均小于后路固定。

圖2 兩種方法器械固定后的效果圖

表1 兩種方法固定后不同載荷下軸向位移的比較 mm

3 討論

目前寰椎枕骨化合并顱底凹陷的治療幾乎都是在牽引或松解復(fù)位后，行后路固定和融合。對(duì)此類患者，前路松解和充分復(fù)位后，寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)間勢(shì)必因?yàn)榉蛛x形成空虛狀態(tài)，從而喪失對(duì)縱向載荷的傳導(dǎo)。從理論上來(lái)講，無(wú)前方的支撐也容易造成后路固定和融合的失效。前路寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)面去除軟骨終板后，也可以獲取較好的植骨床，促進(jìn)融合器內(nèi)植骨的融合，再加上前路支撐更符合生理狀態(tài)下負(fù)荷的傳導(dǎo)，因而前路固定、支撐和融合有可能帶來(lái)更好的融合率和遠(yuǎn)期療效。

1987年Schmelzle等[5]首先報(bào)道應(yīng)用前路固定裝置結(jié)合后路鋼絲固定治療寰樞椎關(guān)節(jié)脫位，這一早期的探索存在著固定強(qiáng)度不足、缺乏有效融合支撐等缺陷。尹慶水等[7-8]應(yīng)用經(jīng)口寰樞椎復(fù)位板(transoral atlantoaxial reduction plate, TARP)治療難復(fù)性寰樞關(guān)節(jié)脫位，TARP是一種可以鎖定并可以使前脫位的寰椎關(guān)節(jié)復(fù)位的板狀內(nèi)固定裝置，但是對(duì)于寰枕先天融合、顱底凹陷的患者，復(fù)位上移的齒狀突和維持復(fù)位的能力似有不足。2010年Li等[9]在解剖學(xué)研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了頸1-頸2側(cè)塊關(guān)節(jié)間融合器，并與后路釘棒系統(tǒng)組合在一起應(yīng)用，認(rèn)為可以為頸1-頸2間的融合提供新的融合部位，適用于寰椎因后弓減壓切除而無(wú)足夠植骨床的患者。作者研制的前路固定融合裝置與上述裝置的主要不同是將固定用的板狀結(jié)構(gòu)與融合器合二為一，融合器放置于寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)之間，除了有助于融合，還可以起到支撐和維持復(fù)位的作用。

寰樞椎之間有四個(gè)關(guān)節(jié)，包括兩側(cè)的寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)，齒狀突與寰椎前弓間的關(guān)節(jié)以及齒狀突與寰椎橫韌帶間的關(guān)節(jié)。在生理狀態(tài)下，寰樞椎間的縱向負(fù)荷主要通過(guò)寰樞椎的側(cè)塊關(guān)節(jié)傳遞[10]。因此作者選擇寰樞椎間縱軸方向生物力學(xué)穩(wěn)定性作為內(nèi)固定方式穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的指標(biāo)。寰椎呈前高后低位，在日常活動(dòng)狀態(tài)下，頭部的屈伸活動(dòng)和重力作用使顱骨相對(duì)于樞椎的位置出現(xiàn)向前下方滑落的趨勢(shì)。對(duì)于寰椎枕骨化并顱底凹陷的患者，枕骨向前移位，樞椎上移，齒狀突進(jìn)入枕骨大孔。在制作后路寰椎側(cè)塊螺釘樞椎椎弓根螺釘固定的標(biāo)本時(shí)，作者模擬了寰椎枕骨化顱底凹陷畸形實(shí)際治療過(guò)程，并將寰樞側(cè)塊關(guān)節(jié)撐開(kāi)約8 mm，與前路固定融合器高度相等。

研究結(jié)果顯示，前路固定融合器固定后，50、70 N載荷下的軸向位移分別為(0.76±0.05)和(1.15±0.09) mm；而通過(guò)后路釘棒撐開(kāi)固定的方式，50、70 N載荷下的軸向位移分別為(1.53±0.11)和(1.99±0.10) mm，前路固定融合器固定后標(biāo)本在相同的載荷下軸向位移明顯減小。這并不是前路固定的螺釘比后路固定的螺釘更為堅(jiān)強(qiáng)，而是因?yàn)榍奥穫?cè)塊之間有融合器的直接支撐，這種支撐作用與生理狀態(tài)下寰樞椎間載荷主要由側(cè)塊關(guān)節(jié)傳導(dǎo)相符合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，作者設(shè)計(jì)的經(jīng)口前路寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)間固定融合器的固定效果在軸向穩(wěn)定性方面優(yōu)于后路釘棒系統(tǒng)。但是，該研究只進(jìn)行了軸向穩(wěn)定性測(cè)試，按照脊柱內(nèi)固定器力學(xué)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，尚應(yīng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、左右側(cè)屈、前屈后伸等方面的力學(xué)測(cè)試[11]，這有待于在以后的實(shí)驗(yàn)中加以補(bǔ)充完善。

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