經皮椎弓根螺釘不同角度拔出的生物力學研究

杭建耿曉鵬

?

經皮椎弓根螺釘不同角度拔出的生物力學研究

杭建1，2耿曉鵬1

【摘要】目的 探討經皮椎弓根螺釘不同角度置釘的生物力學穩定性。方法 選取成人椎體標本隨機分為6組,分別按照不同的冠狀面及矢狀面角度置釘,測試各標本螺釘的最大拔出力,并繪制載荷-位移曲線。結果 10°及15°TSA、SSA置釘的螺釘最大拔出力及最大能量優于0°角組（P＜0.05）。當應力超出最大拔出力時,螺釘的拔出力呈現緩降趨勢。結論 置釘角度的存在為經皮椎弓根螺釘穩定性提供有力幫助。

【關鍵詞】椎弓根螺釘；冠狀面角；矢狀面角

椎弓根釘置入是手術的成敗關鍵，需要定位準確，且必須按照精確的冠狀面及矢狀面夾角[1]。如何選擇正確的夾角并成功置釘增加了手術及預后的難度。螺釘的角度與手術固定的穩定性關系密切[2-3]，既往研究中對置釘角度與螺釘穩定性的關系尚不清楚，不同角度下螺釘的拔出位移與螺釘拔出力的趨勢關系，本次研究對以上問題進行了研究，以期為臨床手術及患者預后提供參考。

1 材料與方法

1.1 標本與分組

選取新鮮成人腰椎椎體標本，均經影像學檢查，排除病變標本。標本保鮮袋密封存放，剔除周圍肌肉、韌帶等組織，獲得單個推體，經骨密度測試基本一致，實驗符合醫學倫理學的要求。標本隨機分為6組，采用相同螺釘及置釘深度，不同角度置釘。A組按不同TSA置釘，A1-3組：夾角0°、10°、15°，SSA均0°。B組按不同SSA置釘，B1-3組：夾角0°、10°、15°，TSA均0°。

1.2 實驗方法

采用自凝牙托粉包埋椎體下端固定于操作臺，以量角板及克氏征確定置釘角度，克氏針固定角度后攻絲，直視下置入螺釘，固定深度為椎體前后徑70%，使用力學試驗機進行力學測試，將夾具夾住經皮椎弓根釘尾端，與底座垂直的方向施加縱向拔出力，以2 mm/min的恒速拔出，螺釘出現松動時停止機器，記錄最大軸向拔出力及最大能量，并記錄荷載-位移曲線。

1.3 統計學方法

采用SPSS 20.0軟件數據處理，兩兩比較采用SNK法，以P ＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同角度冠狀面置釘

A2組最大拔出力（2109.0±52.4）N及最大能量（3.9±0.1）N.M均高于A1組，A3組最大拔出力（2423.4±19.7）N及最大能量（4.7±0.3）N.M高于A2組，差異具有統計學意義（P＜0.05）。通過載荷-位移曲線發現外力超出最大拔出力時，螺釘的拔出力呈現緩降趨勢，A2及A3組斜率高于A1組。

2.2 不同角度矢狀面置釘

B2組最大拔出力（2011.4±56.1）N及最大能量（3.8±0.2）N.M均高于B1組，B3組最大拔出力（2296.0±36.7）N及最大能量（4.4±0.1）N.M高于B2組，差異具有統計學意義（P＜0.05）。通過載荷-位移曲線發現外力超出最大拔出力時，螺釘的拔出力呈現緩降趨勢，B2及B3組斜率高于B1組。

3 討論

開放手術內固定出血、并發癥多，微創經皮椎弓根固定技術準確性與開放手術無差異，腰肌組織剝離較小出血少，且操作過程中對肌纖維、神經根的損傷小，固定穩定性好[4-6]。但是也存在一定缺點，由于操作空間及視野限制，對手術醫生的操作及經驗要求高，對某些脊柱疾病的治療受限。

在椎弓根螺釘失敗案例中，螺釘的把持力不足導致螺釘的松動，穩定性降低[7]。眾多因素均可導致椎弓根螺釘拔出，螺釘拔出時60%的負荷由椎弓根承擔，因此椎弓根骨密度的大小與椎弓根螺釘的穩定性密切相關，同時螺釘的長度與直徑也與螺釘穩定性相關，但固定過深容易損傷神經、血管，本次研究的固定深度達到較好的固定效果[8]。

本次研究中，我們在0°～15°改變TSA及SSA夾角中一項，發現在夾角上升時，最大拔出力均升高，且最大能量也升高，說明螺釘的適當角度傾斜對于提高螺釘的穩定性具有顯著的效果。由于螺釘是完全咬合于椎弓根骨質時，螺釘穩定性最高，適當角度的改變，使得螺釘更多的螺紋咬合于椎弓根骨質中，骨-螺釘界面面積增加，使得最大拔出力明顯增加。通過載荷-位移曲線發現，當螺釘所承受的應力超出最大拔出力時，并不是我們想象中把持力的瞬間消失，如曲線所示，把持力仍然存在且呈平穩的逐步下降，可能由于螺釘螺紋設計使得把持力能夠平穩消失。具有角度的置釘方式的載荷-位移曲線斜率均明顯優于0°角置釘，其所呈現的斜度更加平穩，這也能給我們提供了一個及時搶救的緩沖期。

參考文獻

[1] 胡海剛,譚倫,林旭,等. 經傷椎椎弓根植骨置釘后路復位內固定術治療胸腰椎骨折[J]. 中國脊柱脊髓雜志,2011,21（8）：663-668.

[2] 劉達,鄭偉,姜榮先,等. 生物力學實驗評價椎弓根螺釘穩定性研究進展[J]. 國際骨科學雜志,2015,36（4）：258-263.

[3] 殷渠東,田小武,鄭祖根. 骨質疏松患者提高椎弓根螺釘穩定性的臨床應用[J]. 中國矯形外科雜志,2009,17（1）：27-29.

[4] 張文志,尚希福,段麗群,等. 微創經皮與傳統開放椎弓根螺釘內固定治療胸腰椎骨折的臨床對比研究[J]. 中國骨與關節外科, 2012,5（2）：109-114.

[5] 段麗群,張文志,尚希福,等. 微創經皮椎弓根螺釘內固定術治療胸腰椎骨折的臨床療效分析[J]. 頸腰痛雜志,2012,33（5）：336-339.

[6] 唐康,張文志,段麗群,等. 微創經皮椎弓根螺釘聯合傷椎置釘治療胸腰段脊椎骨折[J]. 臨床骨科雜志,2014,17（3）：253-257.

[7] 劉達,張譯,蔣凱,等. 骨質疏松人工骨模塊中膨脹式椎弓根螺釘與骨水泥強化螺釘穩定性的比較研究[J]. 重慶醫科大學學報, 2015,40（2）：176-180.

[8] 王廣積,林明俠,沈寧江,等. 影響椎弓根螺釘拔出力的相關因素[J].中國組織工程研究與臨床康復,2008,12（35）：6919-6922.

Biomechanical Study of Pull-out Force on the Percutaneous Pedicle Screw With Different Tranverse Angle

HANG Jian1,2GENG Xiaopeng1, 1 Binzhou Medical University, Binzhou 256600, China, 2 Wudi County People’s Hospital, Binzhou 256600, China

[Abstract]Objective To analyze biomechanical stability of percutaneous pedicle screw with different angle pull-out force. Methods Selected 30 cases specimen divided into 6 groups. All cases received percutaneous pedicle screw with different TSA, SSA. To analyze the FMAX,EMAX and load-displacement curve. Results FMAX and EMAX of groups with 10°,15°TSA and SSA were better than those of 0°group （P＜0.05）. The holding force decreased gradually when the force reached more than FMAX. Conclusion Tranverse angle can provide stability for pedicle screw. [Key words] Percutaneous pedicle screw, TSA, SSA

基金項目：山東省醫藥衛生科技計劃（2013WS0300）,項目號：511435

doi：10.3969/j.issn.1674-9308.2016.01.054

【文章編號】1674-9308（2016）01-0079-02

【中圖分類號】R683

【文獻標識碼】A

作者單位：1 256600 山東省濱州市濱州醫學院；2 256600 山東省濱州市無棣縣人民醫院