传统入路及微创入路对颈椎力学稳定性影响的有限元研究及其在颈椎椎管内肿瘤中的临床应用

1、传统入路及微创入路对颈椎力学稳定性影响的有限元研究及其 在颈椎椎管内肿瘤中的临床应用 颈椎椎管内肿瘤传统的手术方式为全椎板手术， 但全椎板术切除了维持颈椎 稳定的关键的后柱结构， 容易导致患者术后发生颈椎畸形， 这在小儿患者中尤其 常见。为防止术后脊柱畸形的发生，半椎板术、椎板复位成形术、单侧多节段椎 板间开窗术 (UMIF) 等一些微创的入路开始应用于临床， 但这些手术入路较传统的 全椎板术有何优势以及其有何生物力学机制，目前均不得而知。上颈椎由于其解剖的特殊性， 需要采用远外侧入路、 经口齿状突切除等手术 方式，而这些手术入路对颅颈交界 (CVJ) 区的稳定性影响非常显著，许多患者手 术后

2、往往需要枕颈融合术来维持脊柱的稳定。 随着内镜以及显微技术的开展， 一 些微创的手术入路， 如保存颈 1 前弓的齿状突切除术、 前路颈静脉孔区肿瘤切除 等开始应用于临床，而这些手术方式能否较好的保护CVJ区的稳定性尚不清楚。因此，研究不同手术入路对脊柱稳定性的影响机制， 有助于提高术者对手术 入路相关的脊柱不稳的理解， 同时也可与为治疗该类脊柱不稳提供相应的生物力 学数据。本研究拟通过有限元的方法分别研究上颈椎及下颈椎的各种手术入路对 脊柱稳定性的影响， 并通过临床随访比拟传统全椎板术及单侧椎板手术在临床中 确实切效果。实验共分为三个局部：第一局部，通过构建C2-C7有限元模型，比拟全椎板 术

3、、半椎板术、椎板复位成形术、UMIF等不同手术方式的力学稳定性情况，并 研究不同手术方式在手术节段增多以及关节突关节损伤情况下的生物力学特点； 第二局部，通过构建上颈椎(Oc-C2)有限元模型，分别研究以枕髁为中心以及 以齿状突为中心的手术方式对上颈椎稳定性的影响； 第三局部， 通过随访临床中 分别采用全椎板术及单侧椎板手术的成人患者的病例资料， 比拟两种手术方式术 后颈椎曲度改变情况、 神经功能以及并发症情况， 从而获得两种手术方式在成人 患者中的临床实际效果，并分析全椎板组颈椎曲度改变同神经功能之间的关系。 第一局部传统入路及微创入路对下颈椎脊柱稳定性影响的有限元研究目的： 研究 传统全椎

4、板术和半椎板术等微创手术对下颈椎的节段活动度、 椎间盘应力等的影 响，比拟不同手术方式对下颈椎生物力学影响的差异。方法：首先通过CT原始图像构建C2-C7正常三维有限元模型。正常模型验 证满意之后，在正常模型的根底上构建 UMIF模型、半椎板手术模型及全椎板手 术模型，每一手术模型均分别构建合并 25%及 50%关节突关节切除的模型，在有 限元软件中分析各模型的生物力学改变大小。为研究椎板切除节段逐步增多后脊柱稳定性变化的规律， 同样构建了椎板切 除个数逐步增多的手术模型并进行分析。结果：全椎板、半椎板及 UMIF手术模 型脊柱节段活动度的增加主要发生在手术节段，其中前屈方向活动度增加最多，

5、全椎板模型前屈活动度在 C3-4、C4-5及C5-6分别增加70，62和60%在半椎板及UMIF模型下，这种异常增加那么大大减小，两种手术模型前屈活动最大的增多仅14% 位于C4-5。当合并逐级的关节突关节切除，全椎板模型 在前屈方向有着显著的进一步增加， 在C3-4增加高达110%而在半椎板及UMIF 模型中，前屈活动度进一步的增加并不多，不超过31%。UMIF模型仅在轴向旋转方向较半椎板有不显著的优势，这种优势不超过5%全椎板模型椎间盘纤维环的最大应力较正常模型在手术节段C3-4、 C4-5 和C5-6分别增加39、34和38%这种异常增加的应力被半椎板及 UMIF模型缩减为 5-7%。随

6、着手术节段的逐步增加，半椎板及 UMIF前屈总活动度仅有轻度的增加,且一直保持最低水平，增加程度不超过 12%；其次为椎板复位成形术模型；全椎 板模型前屈总活动度那么增加最明显，最高达 65%。结论： 1、半椎板术及单侧多 节段椎板间开窗术UMIF可较好的保护颈椎的活动度，并降低术后颈椎不稳及椎 间盘变性的风险。在合并关节突关节的切除以及手术节段增多的情况下，半椎板术及UMIF仍可防止前屈活动度的过度增加， 从而维持脊柱的稳定性。 椎板复位成形术可在一 定程度上减少全椎板术导致的前屈活动度异常增加， 但稳定程度仍低于半椎板术 及 UMIF。2、UMIF仅在轴向旋转方向较半椎板术显示了轻度的优势

7、，这说明当切除后 柱骨性结构相连的韧带后， 后柱骨性结构对维持脊柱稳定性的作用不大。 第二部 分颅颈交界区不同手术入路对上颈椎稳定性影响的有限元研究目的： 研究以枕髁 为中心以及以齿状突为中心的手术方式对颅颈交界 CVJ区稳定性的影响。方法：采用有限元软件构建Oc-C2的正常上颈椎实体模型，在正常模型的基 础上构建单侧后路枕髁分级切除模型以及枕下开颅 枕大孔翻开后 1/2 和标准 远外侧入路枕下开颅+C1半椎板切除术分别合并枕髁分级切除的模型，进而 分析各模型节段活动度的改变；另外还通过构建常规齿状突切除模型及保存 C1 前弓的齿状突切除模型来分析保存 C1前弓对CVJ区稳定性的影响；最后通过

8、构 建前路枕髁分级切除模型分析前路枕髁切除对 CVJ区稳定性的影响。结果：单纯 枕髁切除术及枕下开颅术和远外侧入路分别合并枕髁切除术对 Oc-C1 活动度的 影响大于对C1-C2的影响。当单纯切除后外侧 50%枕髁时， Oc-C1 前屈、 侧弯及轴向旋转活动度 侧弯 及旋转方向活动度为向手术对侧活动度 分别增加 18.0%、31.3%及 26.0%，而枕下开颅模型和远外侧入路模型合并 25%枕髁切除即引起以上各方向活动度增加 31.5%, 25% 28%齿状突切除术对C1-C2的影响较大，但对Oc-C1的稳定性同 样有一定影响，其中后伸活动度影响最大，常规齿状突切除后其增加196%。保存C1前

9、弓的齿状突切除术可极大的保护 C1-C2轴向旋转的活动度，但 Oc-C1后伸活动度及C1-C2侧弯活动度仍有异常的增加超过 100%。前路经枕 髁入路模型仅在Oc-C1向对侧轴向旋转活动度明显增高，当前路切除枕髁50%寸 较正常模型增加 105%，该入路对其余各方向活动度影响那么较小。结论：1、齿状突切除对C1-C2的影响较大，但对Oc-C1的活动度同样有一 定的影响，术后应严密随访患者Oc-C1的稳定性，必要时需考虑行寰枕融合。保 留 C1 前弓的齿状突切除术可保护脊柱轴向旋转的活动度，但 Oc-C1 后伸活动度 及C1-C2侧弯活动度仍有异常的增加，仍存在脊柱不稳定因素。2、在远外侧入路中

10、枕髁切除超过 25%即应在术后严密随访 Oc-C1 的稳定性 情况。3、前路经枕髁入路对CVJ区稳定性的总体影响小于后路手术。第三局部全椎板术及单侧椎板手术治疗成人颈椎椎管内肿瘤的临床研究目 的：比拟全椎板术及单侧椎板手术治疗成人颈椎椎管内肿瘤在脊柱稳定性、 术后 神经功能、 并发症等方面的差异。 方法：回忆性分析长征医院采用后路手术治疗 的 29 例成人首发颈椎椎管内肿瘤， 其中男性 16 例，女性 13例，发病年龄 22-71 岁，平均年龄 45.8 岁； 1 8例采用常规全椎板术， 11 例采用单侧椎板手术半椎 板术及单侧多节段椎板间开窗术 ；全椎板手术组共有髓内肿瘤 11 例，髓外硬膜

11、 下肿瘤 7 例；单侧椎板手术组髓内肿瘤 7 例，髓外硬膜下肿瘤 4 例。两组患者不存在选择性差异。结果：术后随访 1 年-3.9 年，平均随访 2.2全椎板手术组术前颈椎曲度指数 (CI) 较术后有明显差异， 由术前的 11.53 13.28变为术后7.89 11.48 (p=0.034),颈椎有明显的后凸趋势；单侧椎板手 术组颈椎 CI 由术前的 5.698.91 变为术后的 9.915.93，无统计学差异(p=0.116)。全椎板手术组2例患者颈椎曲度类型较术前好转，9例保持术前曲 度类型， 7 例患者曲度类型较术前恶化；单侧椎板手术组 5 例患者颈椎曲度较术 前好转， 5例患者维持术前曲度类型， 1 例患者曲度类型较术前恶化。采用秩和检验比拟两组颈椎曲度改变情况， 发现全椎板手术组颈椎曲度较单 侧椎板手术组易恶化，两组之间有差异显著(p=0.022 )。两组患者术后神经功能 均到达I级和U级，预后良好，两组神经功能预后情况无统计学差异(p=0.674)采用Spearman秩相关分析全椎板组患