釘棒系統在頸椎單開門椎管擴大成形術中的力學研究*

廖邦強，付曉玲，邱睿韞，潘斌文，王笑山，吳凱，宋玉林，汪文玉，陳偉高

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

·臨床論著·

釘棒系統在頸椎單開門椎管擴大成形術中的力學研究*

廖邦強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.南昌大學第二附屬醫院骨一科，江西 南昌 330006；2.南昌大學信息工程學院，江西 南昌 330000；3.江西省弋陽縣人民醫院骨一科，江西 弋陽 334400；4.江西省上饒縣人民醫院江西上饒334100）

目的評價釘棒系統固定側塊及椎板在頸椎單開門椎管擴大成形術中的力學穩定性。方法選用6例無損傷的人尸體頸椎標本（由南昌大學醫學院解剖教研室提供），每例選取C3～C7節段。經隨機化處理分為3組，每組10個節段，所有節段進行單開門椎管擴大成形，根據固定方式分為螺釘絲線組（A組）、鈦板組（B組）和釘棒系統組（C組）。應用南昌大學力學中心生物材料實驗機對各頸椎節段進行生物力學性能測試，分別測量每組的拔出力、椎板再關門的最大負荷及完全關門負荷并進行分析。結果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，差異有統計學意義（P＜0.05）。3組在再關門負荷過程中最大負荷分別為（14.68±3.14）、（746.84±170.09）和（769.88±146.89）N；完全關門負荷分別為（14.68±3.14）、（746.84±170.09）和（769.88±146.89）N。B、C組與A組比較差異有統計學意義（P＜0.05），B、C組比較差異無統計學意義（P＞0.05）。結論釘棒系統固定側塊及椎板在頸椎單開門擴大成形術中具有一定的力學優勢。

釘棒系統；頸椎單開門椎管擴大成形術；力學研究

對于多節段頸椎管狹窄導致的脊髓型頸椎病、頸椎后縱韌帶骨化癥，頸后路單開門椎管擴大成形術是經典術式[1]，但術后易出現再關門、軸性痛的并發癥[2-3]，嚴重影響手術效果，降低患者生活質量及滿意度，而這些并發癥的發生都與術后頸椎穩定性、門軸固定剛性程度有關[4-5]。因此，有學者提倡頸椎單開門后采用內固定維持開門狀態[6]，許楠健等[7]應用Vertex釘棒系統進行固定后取得良好的臨床療效，認為釘棒系統較鈦板具有更理想的力學穩定性，但目前國內還未見這方面的力學實驗，因此，本研究對釘棒系統在單開門椎管擴大成形術中的穩定性進行力學檢測。

1 材料與方法

1.1 標本選取

南昌大學醫學院解剖教研室提供6例頸椎標本（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，經肉眼觀察及X線檢查，排除先天性疾病、骨質疏松、腫瘤和骨折等，標本獲取時保留周圍軟組織的完整。

1.2 單開門椎管擴大成形術模型的建立

實驗前將標本自然解凍，剔除頸椎標本所有肌肉及韌帶，用福爾馬林液浸泡處理，6例標本分離為30個節段，所有節段選定右側為門軸側，左側為開門側。首先在頸椎右側關節突內緣內側約1.5 cm處用磨鉆磨除單層骨皮質及骨松質，保留對側骨皮質，再用磨鉆在左側側塊內側緣磨透雙層皮質，椎板鉗固定左側椎板向右側開門，使門軸處形成青枝骨折，所有標本椎板開門寬度為1.0 cm。

1.3 實驗分組

根據固定方式的不同，將30個頸椎節段隨機分為3組。

1.3.1 螺釘和絲線組螺釘和絲線組（A組）以Magerl法進釘，進釘點位于側塊后壁中點內上方，外傾30°平行上關節面鉆孔，鉆透對側皮質，測深后擰入3.5 mm皮質骨螺釘，在棘突上打孔，將10號絲線穿過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的自攻螺釘將長度適宜的重建鈦板一端固定于側塊處，另一端固定于棘突根部，進釘時椎板側垂直進釘，側塊側可垂直或稍向外進釘，不可穿透對側骨皮質。

1.3.3 釘棒系統組釘棒系統組（C組）采用Roy-Camile技術在側塊植入螺釘（威高釘棒系統），以棘突和椎板的交界、椎板頭尾方向的中點為進釘點，沿椎板方向分別植入螺釘，然后選擇合適長度的棒并以頂絲固定維持開門。見圖1、2。

1.4 力學測試

1.4.1 拔出力測試本實驗采用南昌大學力學實驗中心微機控制電子試驗機，將手術后的頸椎標本固定于特定的固定夾具上，拔出裝置穿過絲線/鈦板/棒的下緣，測試前調節標本角度使拉伸方向與開門后關節突關節側的側塊垂直，并將拔出力的初始數據歸零，以免產生正向和負向的初始力，依預試驗結果設置試驗機速度為2 mm/min。測試前、開始加載后，螺釘大部分拔出即中止測試，螺釘拔出破壞的標準載荷-時間曲線出現最高點加載后，通過軟件可以直接得到拔出過程中的拔出力變化，從而得出最大拔出力。

1.4.2 再關門負荷測試應用MTS 880生物材料實驗機對各頸椎節段進行生物力學性能測試，于標本正后方垂直向下加載載荷，直至掀開的椎板完全關門。描記載荷-位移曲線，記錄每個標本的最大負荷及關門時負荷，并計算從加載載荷至開門椎板完全關閉時的功耗，關門過程中的功耗由載荷-位移曲線的峰值和曲線積分按梯形面積求和計算得出。

1.5 統計學方法

采用SPSS 13.0統計軟件進行數據分析，計量資料以均數±標準差（±s）表示，5組間運動范圍變化的比較用單因素方差分析（One-way，ANOVA），方差不齊時用Welch法校正，進一步的多重比較用LSD法，方差不齊用Games-Howell法，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

釘棒系統的拔出力明顯高于螺釘絲線組及鈦板組，差異有統計學意義（P＜0.05）。經單因素方差分析，結果顯示不全相等。兩兩間行LSD檢查，釘棒系統組和鈦板組椎板再關門的最大負荷及完全關門負荷明顯高于螺釘絲線組，差異有統計學意義；釘棒系統組的最大負荷及完全關門負荷高于鈦板組，但差異無統計學意義。見附表。

附表3組力學測試結果（n=10，N±s）

附表3組力學測試結果（n=10，N±s）

組別最大拔出力再關門最大負荷完全關門負荷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 頸椎單開門椎管擴大成形術的固定方式

HIRABAYASHI[8]最早應用縫線固定棘突和椎旁肌或關節囊，但椎旁肌及關節囊相對薄弱，固定強度不足，容易造成絲線切割脫落，并且絲線還會破壞關節囊的解剖結構，影響頸椎的穩定性[9]。此外，在門軸側尚未達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，出現關門現象，造成頸椎管再狹窄，影響遠期療效，甚至造成神經功能急劇惡化[10]。

為重建成形術后的穩定性，許多學者嘗試對傳統單開門椎管擴大椎板成形術進行改良，目前常用的包括錨定法[11]和微型鈦板固定技術[12]。各種固定方法均將同一節段相互連接成整體。錨釘法固定的方式是將同一節段的椎板和側塊連接為一個整體，使開門后的椎板在頸椎伸屈和旋轉的過程中不受任何應力，同時能有效固定開放椎板，實現剛性門軸固定。錨釘固定在側塊上，能有效地防止手術操作時損傷頸動脈。錨釘本身的設計可以預防錨定固定過程中的撥出及松動。錨定固定可有效保護關節囊，避免對小關節囊的刺激和損傷，把小關節囊的干擾降低到最低限度。可早期加強頸部活動，減少術后頸部僵硬和軸性癥狀的發生。但有以下缺點：①內固定相對不牢固，開門側缺乏剛性支撐，錨定的線易引起斷裂；②使硬膜囊暴露于椎管外，術后瘢痕增生易造成脊髓再壓迫[13]。

此后，很多學者[14-15]嘗試將鋼板橋接在開門側的椎板及側塊之間，使抬起的椎板術后即刻穩定，在擴大椎管的同時使椎管真正成形。優點：①不僅恢復椎管管狀結構與完整性，也將硬膜囊完全保護在椎管內，防止術后瘢痕增生造成的脊髓再壓迫；②鈦板固定對門軸側起到牢固的穩定作用，對門軸側骨質的生長融合起促進作用。缺點：微型鈦板螺釘固定釘道較短，較易松動，而且鋼板跨越開放的椎管，安裝困難[16]，操作不當會加重脊髓損傷，甚至可能損傷頸動脈。

3.2 釘棒系統在頸椎單開門椎管擴大成形術中的應用

棘突椎板螺釘和側塊螺釘固定技術操作較為簡單，不受解剖因素的限制，從而克服以往固定方式的弊端，有學者[17]提出，應用釘棒系統固定側塊和椎板，然后以棒固定。學者們認為釘棒系統能對開門側形成真正的剛性支撐，維持脊柱后結構在手術時的固定位置，達到術后即刻穩定，有效維持擴大椎管，防止因術后再關門或角度減小，引起椎管再次狹窄，進而引起脊髓壓迫癥狀。固定穩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側塊螺釘釘道相對較長，螺釘較粗，理論上較微型鈦板固定更堅強。

筆者研究發現，釘棒系統組的最大拔出力[（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]，而在椎板再關門過程中，釘棒系統組和鈦板組的關門最大負荷及完全關門負荷明顯高于螺釘絲線組，雖然釘棒系統組關門最大負荷及完全關門負荷高于鈦板組，但差異無統計學意義。

因此，筆者認為釘棒系統在拔出力及關門負荷方面有一定的力學優勢，從力學上能夠減少再關門的現象，從而提高單開門椎管擴大成形術的遠期療效。

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（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

江西省衛生廳科技項目（No：20133052；20133177）

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