上胸椎腋中線胸腔入路側(cè)方鈦板與傳統(tǒng)前路前方鈦板內(nèi) 固定裝置體外拔出強(qiáng)度對(duì)照分析

覃文航，施冬冬，陳昌成，陳前芬*

(1.覃塘區(qū)人民醫(yī)院骨科，廣西 貴港；2.廣西醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨科，廣西 南寧)

0 引言

上胸椎(T1-T4)有肋骨、胸廓的保護(hù)和限制，其運(yùn)動(dòng)范圍較頸椎、腰椎小很多，其位置較深，周圍解剖復(fù)雜[1]。在臨床上此處疾病如椎體骨折、結(jié)核、椎體腫瘤和椎管內(nèi)外腫瘤等，雖不常見(jiàn)，但手術(shù)治療難度較大[2,3]，傳統(tǒng)的后路治療上胸椎疾病手段為棘突鋼板螺釘植入、哈氏棒固定等，因固定難度大，效果不佳且難以保證脊柱力學(xué)穩(wěn)定，目前比較少見(jiàn)。隨著矯形外科的發(fā)展，椎弓根螺釘將脊柱前、中、后三柱很好地固定起來(lái)，但上胸椎椎弓根細(xì)小，術(shù)中容易造成脊髓損傷，術(shù)后容易出現(xiàn)疼痛、神經(jīng)損傷、出血多等嚴(yán)重并發(fā)癥[4,5]。前路手術(shù)是上胸椎骨折復(fù)位治療的經(jīng)典入路方式，術(shù)中不用改變體位，減少進(jìn)一步損傷脊髓的風(fēng)險(xiǎn)；前路視野開闊，直接對(duì)源于脊髓前方的壓迫進(jìn)行徹底減壓處理，能有效恢復(fù)胸椎生理曲度以及椎間高度[6]，但因前路手術(shù)創(chuàng)傷較大、風(fēng)險(xiǎn)高，并不總能輕易被人們所接受[7]，經(jīng)腋中線胸腔入路手術(shù)治療上胸椎疾病具有創(chuàng)傷小、顯露佳、并發(fā)癥少等優(yōu)點(diǎn)[8]，但現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)該入路相關(guān)力學(xué)文獻(xiàn)的研究報(bào)道較少，由于上胸椎在T2和T3 處自身存在頸椎前曲向胸椎后凸的交界，承受軸向壓力負(fù)荷較為集中，若內(nèi)固定方式強(qiáng)度不夠，則容易術(shù)后出現(xiàn)脊柱后凸畸形。經(jīng)腋中線胸腔入路是將鈦板固定在上胸椎側(cè)方，和經(jīng)典前路前方鈦板內(nèi)固定有區(qū)別[9]，本研究采用人類尸體標(biāo)本模擬經(jīng)腋中線胸腔入路進(jìn)行T3 椎體病損清除內(nèi)固定術(shù)，在體外通過(guò)力學(xué)儀器評(píng)估內(nèi)固定裝置拔出強(qiáng)度，探討該入路方式生物力學(xué)上可行性。

1 材料和方法

1.1 材料

選取12 具人福爾馬林浸泡尸體標(biāo)本(由廣西醫(yī)科大學(xué)解剖教研室提供)，男性9 具，女性3 具，年齡22-56 歲，平均43 歲。保留C7-T6 脊柱并雙側(cè)肋椎關(guān)節(jié)，清洗干凈并去除脂肪、肌肉等非結(jié)構(gòu)性軟組織。行骨密度和X 線檢查(BMD＜0.75g/cm2時(shí)被摒棄)，排除嚴(yán)重骨質(zhì)疏松、骨質(zhì)破壞、畸形等情況。然后采用數(shù)字隨機(jī)法分為側(cè)方內(nèi)固定組和前方內(nèi)固定組，每組6 例。所有實(shí)驗(yàn)均在(24±1.5)℃室溫下進(jìn)行操作，標(biāo)本不用時(shí)，用0.9%生理鹽水微濕潤(rùn)的手術(shù)鋪巾包裹，置于-10 ℃冰柜保存。應(yīng)用時(shí)提前12-24h 室溫下消融解凍。

1.2 實(shí)驗(yàn)器械與力學(xué)儀器

自凝型牙托粉、牙托水(河南鄭州齒科材料廠)、游標(biāo)卡尺(精準(zhǔn)度0.01mm)、不銹鋼直尺(精準(zhǔn)度0.5mm)、專用量角器(精準(zhǔn)度1°)、開胸器及常規(guī)解剖器械一套，由廣西醫(yī)科大學(xué)人體解剖教研室提供；普通家用螺釘(304 不銹鋼自攻螺絲，由廣西醫(yī)科大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究中心提供，長(zhǎng)度為40mm，螺帽直徑5mm)；鋼板螺絲釘內(nèi)固定系統(tǒng)一套(Trinica 頸前路鋼板長(zhǎng)度40mm、寬18mm、厚2.5mm，固定螺釘長(zhǎng)20mm、直徑5mm，捷邁上海醫(yī)療國(guó)際貿(mào)易有限公司生產(chǎn))及配套攻絲上釘器械；島津XG 系列萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(加載范圍0-10000N)；試驗(yàn)機(jī)配套分析軟件由廣西醫(yī)科大學(xué)再生生物研究中心提供。

1.3 方法

1.3.1 標(biāo)本制備

在C7上端和T6椎體下端分別置入用3 枚普通螺釘，置入深度約為螺釘長(zhǎng)度一半，用自凝型牙托粉包埋螺釘及一個(gè)椎體節(jié)段。側(cè)方內(nèi)固定組：用手術(shù)刀和咬骨鉗去除T3椎體及兩端椎間盤組織，取大小合適的兩節(jié)肋骨植入T3椎體處，選取合適長(zhǎng)度的鈦板，在T2、T4椎體側(cè)方固定鈦板裝置，先在T4椎體上緣一側(cè)攻絲后安裝定位釘，裝上鈦板，在一側(cè)置入固定螺釘；然后在鈦板的對(duì)角置入另一枚固定螺釘，依次置入其他2 枚螺釘并再次擰緊所有螺釘。前方內(nèi)固定組則在T2、T4椎體前面安置鈦板螺絲釘。安置好內(nèi)固定后，肉眼觀察椎體表面骨質(zhì)情況，螺釘和鈦板與椎體貼緊程度，保持所有標(biāo)本長(zhǎng)度相同。

1.3.2 力學(xué)測(cè)試

力學(xué)儀器為島津XG 系列萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，可進(jìn)行垂直加載試驗(yàn)。將制備好的標(biāo)本固定在底座上，拔出裝置為自行設(shè)計(jì)的二爪拉馬鉗(產(chǎn)品型號(hào)無(wú))可牢固抓緊鈦板，確保不發(fā)生移位和滑動(dòng)，利用二爪拉馬鉗從鈦板中部向上垂直牽拉。以500N/min 的加載速度進(jìn)行拔出試驗(yàn)，當(dāng)螺釘拔出到最大時(shí)，即載荷-位移曲線出現(xiàn)最高點(diǎn)時(shí)，測(cè)出鈦板螺釘?shù)淖畲蟀纬隽Χ菷(單位N)，試驗(yàn)機(jī)的載荷信號(hào)由配套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)記錄。見(jiàn)圖1。記為鈦板螺釘?shù)淖畲蟀纬隽Α?/p>

圖1 側(cè)方內(nèi)固定裝置體外拔出測(cè)試

1.4 觀察指標(biāo)

觀察側(cè)方內(nèi)固定組與前方內(nèi)固定組內(nèi)固定植入外觀效果，記錄所測(cè)得的內(nèi)固定裝置最大拔出力F 值并分析。

實(shí)驗(yàn)思路如圖所示：

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 內(nèi)固定植入及加載效果

側(cè)方內(nèi)固定組6 例中鈦板螺釘和椎體均能緊密結(jié)合，前方內(nèi)固定時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分T2椎體(2/6)和T4 椎體(1/6)與鈦板兩側(cè)不能完全緊貼，鈦板兩側(cè)與椎體橫徑間存在5-10°的縫隙。當(dāng)力學(xué)儀器載荷到600N 時(shí)，可見(jiàn)側(cè)方內(nèi)固定裝置力學(xué)曲線組仍呈線性改變，提示內(nèi)固定與拔出裝置之間整體較為牢固穩(wěn)定，見(jiàn)圖2。

圖2 0-600N 時(shí)載荷-位移曲線

2.2 拔釘強(qiáng)度

側(cè)方內(nèi)固定組鈦板螺釘裝置垂直鈦板長(zhǎng)軸的平均拔出強(qiáng)度為(700.83±92.98)N，前方內(nèi)固定組鈦板螺釘裝置垂直鈦板長(zhǎng)軸的平均拔出強(qiáng)度為(552.13±103.07)N，腋中線入路側(cè)方內(nèi)固定時(shí)，鈦板螺釘?shù)陌纬鰪?qiáng)度高于傳統(tǒng)前路前方內(nèi)固定組21.2%，兩者比較差異有顯著性意義(t=2.624，P=0.025)，見(jiàn)圖3。

圖3 鈦板在不同固定方式下的拔出強(qiáng)度

3 討論

脊柱是維持軀干平衡的最重要的組織結(jié)構(gòu)。脊柱有頸椎前凸、胸椎后凸、腰骶椎前凸3 個(gè)生理彎曲[10]，上胸椎處于脊柱由頸椎前曲向胸椎后凸的過(guò)度節(jié)段，是受力相對(duì)集中的部位，依據(jù)人體脊柱的力線，上胸椎前柱在力學(xué)穩(wěn)定性方面顯得尤為重要。臨床上引起上胸椎節(jié)段脊髓壓迫的病變大多來(lái)自脊髓前方，脊柱破壞也是以前、中柱為多見(jiàn)。要解決脊髓前方的壓迫、清除病灶、重建前中柱的穩(wěn)定性，從前方行病變椎體切除、椎管擴(kuò)大減壓、重建及內(nèi)固定是經(jīng)典的方案[11,12]。后方入路是最早被用來(lái)處理上胸椎病變的手術(shù)入路，后方入路盡管操作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，但對(duì)脊髓和椎體前方顯露差，而且脊髓壓迫的致壓原因多來(lái)自椎體前方，后路手術(shù)殘余物椎管占位比例可達(dá)25%-42%[13]。1994 年Hernigou 等[14]通過(guò)對(duì)經(jīng)肩甲下胸腔入路改良后，可以從側(cè)方顯露C6-T4，但需要切除大范圍的肋骨，這樣造成的副損傷也相對(duì)大。椎弓根螺釘后路撐開復(fù)位效果較好，不過(guò)具有較高的危險(xiǎn)性，椎管減壓的效果也不如前路[4,15]。傳統(tǒng)的前路上胸椎手術(shù)如經(jīng)胸骨入路等通常可導(dǎo)致較為嚴(yán)重的圍術(shù)期并發(fā)癥[16,17]，在之前的研究中，發(fā)現(xiàn)腋中線胸腔入路能使術(shù)者從前方和側(cè)方立體的觀察椎體，這對(duì)徹底清除病灶、減少副損傷、重建脊柱穩(wěn)定十分有利[18]。腋中線入路主要從側(cè)方暴露上胸椎椎體節(jié)段來(lái)完成手術(shù)操作，因此主要將內(nèi)固定裝置固定在上胸椎側(cè)方。目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)專門用于上胸椎重建的內(nèi)固定裝置，多為頸前路鈦板[19]，依據(jù)課題組研究和其他研究的數(shù)據(jù)，我們建議：病椎為T2 時(shí)，鋼板寬度應(yīng)小于16mm，病椎為T3 時(shí)，寬度應(yīng)小于20mm，病椎為T4 時(shí)寬度，應(yīng)小于26mm，若病灶為多個(gè)椎體時(shí)則選擇最小寬度的病椎為標(biāo)準(zhǔn)。頸前路鈦板相配套的螺釘通常為14-16mm，而T2、T3、T4 椎體的上、中、下矢狀徑均＞16mm，螺釘過(guò)短會(huì)影響穩(wěn)定性，螺釘過(guò)長(zhǎng)會(huì)存在突破雙皮質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，建議術(shù)前通過(guò)CT 正中矢狀面影像進(jìn)行測(cè)量，備好相應(yīng)長(zhǎng)度的螺釘[20]。在一定條件下螺釘較長(zhǎng)和較粗的螺釘，把持力會(huì)更強(qiáng)[21]。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在鈦板內(nèi)固定體外拔出力學(xué)測(cè)量時(shí)，由于沒(méi)有專門的上胸椎前方內(nèi)固定材料，我們采用Trinica 頸前路鈦板前方內(nèi)固定時(shí)，發(fā)現(xiàn)前方內(nèi)固定組部分椎體與鈦板兩側(cè)不能完全緊貼，這與上胸椎本身的解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)，以至于在實(shí)驗(yàn)中固定時(shí)，螺釘在鈦板與椎體之間存在1-2 個(gè)螺紋的縫隙，尤其是女性標(biāo)本T2 椎體較小，更加明顯，而側(cè)方內(nèi)固定組所有標(biāo)本均能與內(nèi)固定緊密相貼，內(nèi)固定植入效果較為理想。當(dāng)以500N/min 的加載速度進(jìn)行拔出試驗(yàn)時(shí)，從0-600N 時(shí)的力學(xué)曲線可呈線性改變，說(shuō)明試驗(yàn)機(jī)整體加載的力量均勻，裝置固定穩(wěn)定可靠。以往學(xué)者在研究AO 鋼板或者Orion 鋼板也遇到了同樣的問(wèn)題，詹新立[19]等研究上胸椎內(nèi)固定時(shí)采用頸前路鈦板預(yù)彎后與未預(yù)彎時(shí)比較，發(fā)現(xiàn)預(yù)彎后的鈦板在重建上胸椎生物力學(xué)上比未預(yù)彎組更具穩(wěn)定性。但眾所周知，鈦板為剛性材料，預(yù)彎后會(huì)對(duì)其剛度會(huì)產(chǎn)生影響，遠(yuǎn)期效果難以保證。而側(cè)方內(nèi)固定鈦板可以較好的與椎體側(cè)方相貼，鈦板在螺釘?shù)陌殉旨訅合屡c椎體表面緊密固定。肖建如等[22]曾認(rèn)為頸前路Orion 鋼板是比較適用于上胸椎內(nèi)固定重建手術(shù)。也有人在上胸椎解剖結(jié)構(gòu)上研究[23]，研究出一種更適合上胸椎解剖特點(diǎn)的前路內(nèi)固定裝置，并利用體外尸體脊柱節(jié)段以及山羊脊柱模型從三維運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性ROM 范圍和拔出強(qiáng)度[24-25]等方面證實(shí)是目前比較合適的上胸椎鈦板裝置，但到目前為止仍處于研發(fā)階段。以往有研究[19]表明常用的頸前路Orion 鋼板拔出強(qiáng)度為(469.37±142.75)N，本實(shí)驗(yàn)中結(jié)果前方內(nèi)固定組鈦板螺釘裝置垂直鈦板長(zhǎng)軸的平均拔出強(qiáng)度為(552.13±103.07)N 與之也相符合，但側(cè)方內(nèi)固定組鈦板螺釘裝置垂直鈦板長(zhǎng)軸的平均拔出強(qiáng)度為(700.83±92.98)N 高于前方內(nèi)固定組，提示腋中線入路側(cè)方內(nèi)固定相對(duì)傳統(tǒng)前路前方內(nèi)固定要穩(wěn)定一些，本研究中涉及到前方與側(cè)方內(nèi)固定效果上存在一定差異，因此可能對(duì)結(jié)果拔出強(qiáng)度產(chǎn)生影響。從植入內(nèi)固定外觀效果和力學(xué)測(cè)試來(lái)看，腋中線側(cè)方內(nèi)固定可以滿足重建上胸椎穩(wěn)定性的要求，而且不需要對(duì)鈦板進(jìn)行預(yù)彎，能夠起到保護(hù)內(nèi)固裝置的作用。

體內(nèi)力學(xué)因素較體外來(lái)說(shuō)還受周圍解剖結(jié)構(gòu)、活體姿勢(shì)、運(yùn)動(dòng)影響，體外研究雖能提供一定參考價(jià)值，但還需大量對(duì)照數(shù)據(jù)提供支持。其次，脊柱運(yùn)動(dòng)節(jié)段是由相鄰的2 個(gè)椎體和椎板及諸多韌帶構(gòu)成的功能單位，對(duì)于器械固定后的生物力學(xué)研究，無(wú)論是數(shù)學(xué)模型、人工材料還是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)都存在種種問(wèn)題，通常建議采用新鮮人類尸體研究，但數(shù)量往往有限，本實(shí)驗(yàn)中采用福爾馬林處理后的模型，其不足之處在于存在大量骨量丟失，因此盡可能選取BMD＞0.75g/cm2的標(biāo)本來(lái)完成力學(xué)測(cè)試。

4 結(jié)論

隨著脊柱外科矯形技術(shù)的發(fā)展，脊柱內(nèi)固定位置生物力學(xué)影響的研究尚不多見(jiàn)，選擇一種合適的內(nèi)固定方式，具有優(yōu)越性。腋中線胸腔入路是一種新的手術(shù)入路，通過(guò)比較腋中線側(cè)方入路側(cè)方內(nèi)固定與傳統(tǒng)前路前方內(nèi)固定裝置體外拔出強(qiáng)度試驗(yàn)，認(rèn)為腋中線胸腔入路的內(nèi)固定方式是穩(wěn)定的，它可以達(dá)到重建上胸椎病灶清除術(shù)后的脊柱生物力學(xué)穩(wěn)定的要求?？梢詾楹笃谠谂R床上針對(duì)上胸椎疾病的手術(shù)治療提供一條新的思路。