经口寰枢椎复位钢板系统三维稳定性评价

1、经口寰枢椎复位钢板系统三维稳定性评价石林基金项目：全军“十二五”重点项目，BWS11C065作者简介：石林（1982-）男，重庆人，硕士研究生，主要从事上颈椎损伤及疾患的相关研究。E-mail：461281036,；广州市流花路广州军区总医院骨科医院4楼；TEL讯作者：夏虹，教授，主任医师，博士生导师，TEL2，夏虹2，赵卫东3，刘雅普1，杨庆磊1，尹庆水2（1.南方医科大学研究生院，广东广州市，510515；2.广州军区总医院骨科医院，广东广州市，510010；3.南方医科大学广东医用生物力学重点实验室，广东广州市，510515）【摘要】目

2、的：对比经口寰枢椎复位钢板固定系统(TARP)与后路椎弓根钉棒固定系统的三维生物力学稳定性，为临床应用提供实验依据。方法：6具新鲜上颈椎尸体标本（C0-C3），随机分为正常组、TARP组、后路钉棒组。每组标本均利用美国魔神运动分析技术公司步态分析系统（Motion Analysis, co. 6Eagle系统）测量屈伸、侧屈、旋转各个方向的运动范围（ROM），并进行统计学分析。结果：前路TARP钢板组与后路椎弓根钉棒组在屈伸、侧屈、旋转各个方向上与完整标本差异显著。前路TARP钢板组与后路椎弓根钉棒组在屈伸、侧屈、旋转各个方向均无显著差异。结论：前路TARP固定系统具有与后路椎弓根钉棒固定系统

3、相当的三维稳定性，具有良好的生物力学性能，前路TARP系统可作为寰枢椎可靠内固定的选择方法之一。【关键词】 寰枢椎；前路；后路；内固定；生物力学Three-dimensional Stability of Anterior Transoral AtlantoaxialReduction Plate (TARP) SystemShi Lin1,2，Xia Hong2，Zhao Weidong3，Liu Yapu1，Yang Qinglei1，Yin Qingshui2(1 Southern Medical University Postgraduate Institute, Guangzhou

4、510515, China; 2 Orthopaedics Hospital ,General Hospital of Guangzhou Military Region,Guangzhou 510010, China; 3 Southern Medical University Labortory of Medical Biomechanics,Guangzhou 510515, China)【Abstract】Objective To compare the in vitro biomechanics of Transoral Atlantoaxial Reduction Plate(TA

5、RP) system fixation, with that of conventional posterior atlantoaxial pedicle screw-rods system fixation and provide biomechanical basis for clinical application. Methods 6 fresh-frozen human cadaveric cervical spines with occiput (C0-C4) were used. Three different groups were examined: (1) control

6、group (intact) (n = 6); (2) TARP group (n = 6); (3) pedicle screw-rods group (n = 6). All specimens were evaluated in flexion-extension, left-right bending, and left-right axial rotation with Motion Analysis in a cadaveric C1-C2 fixation model with a nondestructive flexibility method using a noncons

7、trained. Results Stiffness in any direction was significantly higher in the TARP group and pedicle screw-rod group than in control group (intact). The difference in stiffness between the TARP group and pedicle screw-rod group was not statistically significant. Conclusion Experimentally, the TARP sys

8、tem fixation and pedicle screw-rods fixation methods were significantly stiffer than the control group. The anterior TARP system provided stiffness equal to posterior pedicle screw-rods fixation. Therefore, TARP system seems reasonable that the reliable and rigid fixation would be the method of choi

9、ce.【Key words】Atlantoaxial ; Anterior; Posterior; Internal fixation; Bionmechanics对伴延脊髓受压的难复性寰枢椎脱位的处理一直是临床治疗的难点，目前常用的手术方式是经口咽入路达颅颈交界病变部位，从前方直接松解减压，从而解除延脊髓腹侧压迫，但手术后的固定方式仍存在较大争议。据文献报道，目前临床应用成熟的固定方式有：经口前路寰枢椎复位固定钢板系统（Transoral Atlantoaxial Reduction Plate, TARP）【参考文献】1.尹庆水,艾福志,夏虹,等.经口咽前路寰枢椎蝶形钢板系统的设计及生物力

10、学评估。中华实验外科杂志J，2004,21（1）:65-67.2.谭明生,移平,王文军,等.经寰椎“椎弓根”内固定技术的临床应用. 中国脊柱脊髓杂志J，2006,16(5): 336-340.3.彭新生,潘滔,陈立信,等.牵引与后路枕颈复位固定治疗寰椎枕骨化并颅底凹陷症. 中国脊柱脊髓杂志J, 2008, 18( 1): 45-49.4. Chao Wang, Ming Yan, Hai Tao Zhou, et al. Open reduction of irreducible atlantoaxial dislo-cation by transoral anterior atlantoax

11、ial release and posterior internal fixation. Spine J . 2006: 31 (11); 306-13.5.艾福志,尹庆水,夏虹,等.经口咽前路寰枢椎复位钢板固定的三维运动稳定性和抗拔出力研究。解放军医学杂志2004年3月，29（3）：223-225.6.Subin BS, Liu JF, Marshall GJ, et al. Transoral anterior decompression and fusion of chronic irreducible atlantoaxial dislocation with spinal cord

12、compression. SpineJ .1995;20:123340.7.Dai LY, Yuan W, Ni B, et al. Surgical treatment of nonunited fractures of the odontoid process, with special reference to occipitocervical fusion for unreducible atlantoaxial subluxation or instability. Eur Spine J. 2000;9:11822.8.Dickman CA, Locantro J, Fessler

13、 RG. The inuence of transoral odontoid resection on stability of the craniovertebral junction. J NeurosurgJ .1992;77:52530.9.Govender S, Kumar KPS. Staged reduction and stabilization in chronic atlantoaxial rotatory x ation. J Bone Joint Surg BrJ .2002;84:72731.1和后路寰枢椎椎弓根钉棒固定2-4。生物力学研究表明5，前路TARP系统具有

14、后路Magerl+Brooks固定等效，但在临床应用中发现有脱钉、内固定松动等现象出现。TARP系统在解剖构型及螺钉固定方式上不断改良完善，目前的代TARP钢板据寰枢椎前缘的解剖梯度设计，改枢椎螺钉为逆向椎弓根钉固定，增强了固定强度，提升了稳定性，但与后路椎弓根钉相比，缺乏生物力学方面的比较评价。本研究旨在通过对前路TARP系统与后路椎弓根钉棒固定系统的三维生物力学稳定性进行比较评价，为临床应用选择提供实验依据。1 材料与方法 1.1 实验材料 6具年龄21-53岁（平均37岁）意外死亡的男性新鲜冰冻尸体颈椎标本（南方医科大学解剖研究所提供），经检查排除颈椎外伤、肿瘤、骨质增生及变性等疾病,截

15、取枕骨至第3颈椎（C0C3），去除椎旁肌肉、脂肪和结缔组织等软组织，保留骨、所有韧带和关节囊完整，制成颈椎完整状态的实验模型。双层塑料密封保存于-20低温冰箱冷冻备用。内固定材料为钛合金前路TARP钢板系统（型）、后路颈椎椎弓根钉棒系统（均为山东威高骨科材料公司提供）。1.2实验分组及方法1.2.1实验分组及标本预处理 所有标本按随机顺序分为对照组（M0）、TARP组(M1)和后路钉棒组(M2)。实验前将标本放于室温下自然解冻8-12h。仔细剔除肌肉组织，保留所有的韧带、骨组织和关节囊完整。用聚甲基丙烯酸甲酯（自凝型，上海齿科材料厂提供）将枕骨和C3椎体包埋固定，保留寰枢关节活动不受限。1.2

16、.2内固定器械放置对照组（M0）：完整标本，不行内固定。 TARP组(M1)：寰椎螺钉的进钉点位于寰椎两侧侧块前表面的中心点，进钉方向为寰椎侧块的长轴方向，即向后外偏斜10-15；枢椎前路椎弓根螺钉的进钉点位于枢椎上关节突下5mm处，距枢椎前中线约7mm，向外倾斜25，向下倾斜20，于前路行逆行椎弓根钉固定。螺钉为3.5mm骨皮质螺钉，长度28mm，钢板厚2mm。后路钉棒组(M2)：寰椎椎弓根钉以枢椎侧块内外缘中点作为解剖标志，进钉点位于经枢椎侧块中点的纵垂线上，距寰椎后弓上缘下方至少3.0mm处，螺钉内倾10、上倾5，枢椎椎弓根螺钉进钉点位于枢椎侧块内上象限，椎板上缘下 5mm 和椎管内缘外

17、 7mm 的交点处，内倾30上倾20，螺钉规格：万向3.5mm*28mm。1.3生物力学测试每个标本均进行上述3组实验，按随机原则，先测试对照组标本，再将每个标本分别用前后路内固定系统固定，测试其前屈/后伸、左/右侧屈、左/右轴向旋转6种生理运动，排除内固定钉道的影响，每次实验后，标本在非破坏性的三维运动测试实验中可以恢复到实验前的状态。每个标本的3次实验作为一个配伍组，共6个配伍组。6个标本的实验顺序同样依照随机化的原则确定。图1.三维运动测试Figure1. Testing of three-dimensional motion在非破坏方式下利用步态分析系统（Motion Analysis

18、、6Eagle系统，美国魔神运动分析技术公司）进行测量。标本固定后，在C1、C2椎体上各用3个荧光Mark点对C1及C2所在平面进行标记（3点连线决定一个平面）。再对标本施加2.0Nm纯力偶距，测量不同状态下C1、C2节段间前屈/后伸、左/右侧屈、左/右轴向旋转6种生理运动、由六个荧光感光摄像头采集C1、C2节段在零载荷及最大载荷(2.0Nm)状态下运动轨迹（图1）。通过计算机分析系统测量C1、C2节段间角位移的ROM。每次测试重复3次加载/卸载循环，在第3次循环时进行运动学测量，以减小标本粘弹性的影响。如果任何一个方向上得ROM显著增加，则说明该节段不稳定，内固定系统所提供的固定效果欠佳；反

19、之，则表明该节段稳定，内固定系统能够提供牢固的固定效果。测试结果将前屈/后伸、左/右侧屈、左/右轴向旋转6种生理运动合并为屈伸、侧屈、旋转三维运动并统计分析ROM值。1.4 统计学处理计算不同固定模型ROM值的均数和标准差。所得数据利用SPSS13.0软件进行统计和分析。采用完全随机设计资料的方差分析（One-way ANOVA）和两两比较的LSD检验法进行统计学比较，统计检验的显著性水准 = 0.05，P0.05时，表明差异有统计学意义。2 结果固定前和两种不同固定状态下寰枢椎间的前屈/后伸运动范围见表1,结果显示在前屈/后伸状态下，其稳定性顺序依次为：M1、M2 M0，M0与M1、M2之间

20、比较，P =0.000表明TARP组和后路钉棒组与对照组之间有显著性差异；M1、M2之间比较，P =0.693表明TARP组与后路钉棒组之间无统计学差异。固定方式 前屈 活动范围 后伸对照组（M0） 4.500.60 6.990.59 2.500.19TARP组(M1) 0.37 0.05 0.850.11 0.490.07钉棒组(M2) 0.56 0.06 0.930.11 0.380.06表1 寰枢椎间不同固定方式的前后运动范围（ROM）(s，) Tab1. ROM of flexion/extension for different atlantoaxial fixation (Mean

21、 SD, degree)不同固定状态下寰枢椎间的左/右侧屈运动范围见表2，结果显示左/右侧屈运动范围为：M1、M2 M0，M0与M1、M2之间比较，P =0.000表明TARP组和后路钉棒组与对照组之间有显著性差异；M1、M2之间比较，P =0.891表明TARP组与后路钉棒组之间无统计学差异。固定方式 左侧弯 活动范围 右侧弯对照组（M0） 2.650.09 5.180.27 2.490.20TARP组(M1) 0.490.10 1.140.16 0.650.10钉棒组(M2) 0.500.09 1.150.17 0.650.11表2 寰枢椎间不同固定方式的左右侧屈运动范围（ROM）(s，)

22、Tab 2 .ROM of left/right bending for different atlantoaxial fixation (Mean SD, degree)不同固定状态下寰枢椎间的左/右旋转运动范围见表3，结果显示左/右旋转运动范围为：M1、M2 M0，M0与M1、M2之间比较，P =0.000表明TARP组和后路钉棒组与对照组之间有显著性差异；M1、M2之间比较，P =0.366表明TARP组与后路钉棒组无统计学差异。固定方式 左旋 活动范围 右旋 对照组（M0） 2.070.24 3.960.24 1.890.05TARP组(M1) 0.460.13 0.950.14 0.

23、490.10钉棒组(M2) 0.570.08 1.050.15 0.480.09表3. 寰枢椎间不同固定方式的轴向旋转运动范围（ROM）(s，)Tab3. ROM of left/right rotation for different atlantoaxial fixation (Mean SD, degree )3 讨论31寰枢椎脱位的固定方式对伴有延脊髓受压的难复性寰枢椎脱位（irreducible atlantoaxial dislocation ，IAAD）的有效的治疗方式是实现延脊髓的彻底减压，经口前路的松解减压也已得到了普遍的共识10.Goel A, LaheriV. Plate

24、 and screw fixation for atlantoaxial subluxation . Acta Neurochir(Wien) J , 1994, 129: 47 53.4,6-9，但在减压后的固定方式上仍存在着广泛的争论。后路椎弓根螺钉于1994年Goel等11. Harms J, Meleher RP. Posterior C1-C2 fusion with polyaxial screw and rod fixationJ.Spine,2001,26 (22):2467-2471.10提出C1侧块螺钉，直到2001年在Harms12.马向阳,尹庆水,吴增晖,等.寰枢椎后路

25、四种钉棒固定方法的三维稳定性评价。中国脊柱脊髓杂志J, 2008, 18( 6): 464-468.11 的使用下才逐渐引起重视，谭明生等13. Jon Park, Justin, Jesse Lim, et al，Biomechanical analysis of Goel technique for C12 fusion, Laboratory investigation，Journal of Neurosurgery : spineJ,2011,14(5),639-64614. Resnick DK, Benzel EC.Cl-C2 pedicle screw fixation with

26、 rigid cantilever beam construct case report and technical note. Neurosur J g, 2002, 50: 426-428.2改进了寰椎椎弓根螺钉技术。寰椎椎弓根螺钉的通道长、把持力好，可同时稳定脊柱前中后三柱，具有良好的三维稳定性，生物力学研究发现其力学强度与Magerl 螺钉等效15.吴增晖,郑轶,章凯,等.经口前路枢椎椎弓根螺钉固定的临床应用解剖学。中国临床解剖学杂志J,2009,27(5):505-507.12,13，由于该技术置钉安全方便，置钉时不要求寰枢椎是否已经复位，可以满足寰枢椎的个体化置钉需要，万向调节螺钉

27、尾部与可随意预弯的连接棒容易锁定，在锁定螺钉和预弯连接棒时，通过杠杆原理，在其提拉作用下获得寰枢椎的复位。故寰椎椎弓根螺钉技术在C1-2 融合术中的作用越来越受到重视16.吴 峰,尹庆水,等.经口咽前路寰枢椎复位钢板螺钉固定强度的生物力学评价。中国临床解剖学杂志J， 2010,28(5):575-577.14，现已成为目前对可复性寰枢椎脱位固定的首选方式。但对于难复性寰枢椎脱位需先从前路经口松解减压后，再分期或一期后路手术行椎弓根钉棒系统内固定。此种手术方式存在着较多不足之处。首先，手术创伤大，病人须承受的二次手术的风险；其次，在寰枢椎已经松解的情况下，术中翻身可能导致脊髓损伤；再次，两个手术入路，手术复杂、时间长，对病人的承受能力和医生的精力都是较大的考验。为解决上述不足，尹庆水等1设计研制了经口前路寰枢椎复