枢椎单侧棘突螺钉联合对侧椎弓根螺钉固定的生物力学有限元分析

发布时间：2020-08-01 15:41

【摘要】：退行性变、畸形、创伤、肿瘤等各种疾病均可导致上颈椎不稳,往往需要手术后路寰枢或枕颈固定和融合。然而,上颈椎后路解剖结构和毗邻关系复杂,横突孔内椎动脉,椎管内为硬膜和脊髓,安全有效的内固定置钉技术常常是手术成功的关键之一,不当的置钉可能导致固定融合的失败,神经血管损伤并发症,致残甚至致命等风险。枢椎(C2)是常用的上颈椎后路固定螺钉锚定点,寰枢和枕颈固定均需要使用枢椎固定。目前枢椎内固定方法已经较为成熟,但是仍具有较高的技术要求和一定的神经血管损伤的风险。目前我们常用的枢椎后路内固定技术有椎弓根螺钉、椎板螺钉、峡部螺钉和Magerl经关节螺钉,这些技术各具有优点和不足。枢椎椎弓根螺钉是枢椎最常用的固定方法,可以解决绝大部分临床问题。但是有些椎动脉和椎弓根解剖变异等因素导致枢椎椎弓根过细可能导致无法常规使用枢稚椎弓根螺钉固定。临床上则以单侧解剖变异出现为主。枢椎椎板螺钉则是在变异侧替代枢椎椎弓根螺钉固定补充方法。然而,在枢椎椎弓根变异的同时,椎板可能同时发生厚度过薄等变异,限制其临床使用。鉴于枢椎具有颈椎中最大的棘突,枢椎棘突螺钉在解剖变异侧使用具有一些临床价值,并已有临床使用文献报道。本研究拟运用有限元方法,通过建立正常枢椎解剖、椎板薄和椎动脉变异椎弓根过细三种不同解剖状态C0-3模型,研究枢椎棘突螺钉单侧应用联合对侧常规椎弓根螺钉固定在枕颈和寰枢固定中的稳定性,并比较枢椎棘突螺钉三种置钉方法的生物力学区别。本研究共包括以下三个部分:(1)三种不同解剖状态的C0-C3有限元模型的建立和验证;(2)枢椎棘突螺钉单侧应用联合对侧椎弓根螺钉固定在寰枢和枕颈固定中的有限元分析。(3)报告枢椎棘突螺钉作为补充固定技术应用的临床病例。第一部分三种不同解剖状态C0-C3有限元模型的建立和验证目的:建立上颈椎(C0-C3)的非线性三维有限元模型,并进行有效性验证。方法:分别选择三位不同成年人的影像学CT资料,其中正常枢椎椎弓根椎板者的资料选自一名成年健康志愿者,而椎板薄和椎动脉解剖变异椎弓根细小者来自医院既往CT资料。通过CT扫描资料获取上颈椎(C0-C3)的空间结构信息,利用Mimics、Hypermesh和Abaqus等软件建立上颈椎有限元模型。约束C3椎体下表面,在枕骨上施加50N垂直载荷,模拟头部重力作用,再施加1.5Nm纯扭矩,从而模拟颈椎前后屈伸、左右侧屈、左右旋转6种运动工况。在动态加载中,计算C0-C1、C1-C2、C2-C3关节间在前屈、后伸、左右侧屈和旋转6个方向上的ROM值。结果:本研究建立的上颈椎(C0-C3)三维非线性有限元模型包括184486个单元,83862个节点,143个弹簧,外形与正常上颈椎解剖结构相符,韧带连接一致,能较好地体现上颈椎的解剖特点。在边界范围和载荷条件相同的情况下,本研究C0-C3的ROM值在体外标本实验研究参考文献的实验数据范围内,具有很好的关联性。结论:本研究所建立的非线性C0-C3三维有限元模型满足有限元分析的几何和力学相似性,可用于枕颈和上颈椎的生物力学分析研究。第二部分枢椎单侧棘突螺钉联合对侧椎弓根螺钉固定在寰枢和枕颈固定中的有限元分析目的:通过有限元方法分析枢椎棘突螺钉单侧应用联合对侧椎弓根螺钉固定在寰枢和枕颈固定中的生物力学稳定性。方法:构建正常枢椎解剖、椎板薄和椎动脉变异椎弓根细小三种不同解剖状态下的完整上部颈椎有限元模型,分别模拟AndersonII型齿状突骨折和寰椎Jefferson骨折模型,进行寰枢和枕颈固定。其中在寰枢固定模型中,对比枢椎双侧椎弓根螺钉固定组(C1侧块螺钉+枢椎双侧椎弓根螺钉组)和枢椎棘突螺钉固定组(C1侧块螺钉+一侧枢椎棘突螺钉+另一侧枢椎椎弓根螺钉固定);在枕颈固定模型中,对比双侧枢椎椎弓根螺钉固定组(枕骨钉+枢椎双侧椎弓根固定)和枢椎棘突螺钉固定组(枕骨钉+一侧枢椎棘突螺钉固定+另一侧椎弓根螺钉固定)。枢椎棘突螺钉分别测试水平、斜向和垂直置钉三种不同的固定技术。施加50N垂直载荷,模拟头部重力作用,施加1.5Nm纯扭矩,从而模拟颈椎前后屈伸、左右旋转、左右侧弯6种工况。在动态加载中,计算C0-C1、C1-C2、C2-C3关节间在前屈、后伸、左右侧屈和旋转6个方向上的ROM值和内固定应力峰值。结果:(1)在寰枢固定中,三种不同解剖模型中枢椎棘突螺钉固定组和双侧椎弓根螺钉固定组的C1-C2ROM均较完整状态模型均有显著下降,差异有统计学意义(p0.05);枢椎双侧椎弓根螺钉固定组较棘突螺钉固定组的C1-C2 ROM更小,差异有统计学意义(p0.05);然而,枢椎棘突螺钉水平、斜向和垂直螺钉固定组间差异无统计学意义(p0.05)。(2)在枕颈固定中,三种不同解剖模型中枢椎棘突螺钉固定组和双侧椎弓根螺钉固定组的CO-C2ROM较完整状态模型有显著下降,差异有统计学意义(P0.05);枢椎双侧椎弓根螺钉固定组的C0-C1和C1-C2 ROM较棘突螺钉固定组稍有不同,但差异无统计学意义(p0.05);枢椎棘突螺钉水平、斜向和垂直置钉固定组间差异无统计学意义(p0.05)。(3)枢椎双侧椎弓根螺钉固定组应力峰值总体低于枢椎棘突螺钉固定组,但差异无统计学意义(p0.05);三种不同的枢椎棘突螺钉固定技术之间内固定应力峰值差异也无统计学意义(p0.05)。结论:(1)在寰枢固定中,枢椎双侧椎弓根螺钉固定和枢椎单侧棘突螺钉联合对侧椎弓根螺钉组合式固定方法均具有良好的稳定性和较低的内固定失效应力。相对于枢椎棘突螺钉组合式固定,枢椎双侧椎弓根螺钉固定较具有更好的寰枢稳定性。(2)在枕颈固定中,枢椎双侧椎弓根螺钉固定和枢椎单侧棘突螺钉联合对侧椎弓根螺钉组合式固定方法均具有良好的稳定性和较低的内固定失效应力。枢椎棘突螺钉组合式固定具有枢椎双侧椎弓根螺钉固定同等的枕颈稳定性。(3)在寰枢和枕颈固定中,枢椎三种棘突螺钉置钉技术间的稳定性差异并不明显,均可根据具体临床实际情况,在解剖变异等情况下,单侧应用联合对侧枢椎椎弓根螺钉固定。第三部分 枢椎棘突螺钉固定的临床病例报告目的:分析二例枢椎棘突螺钉作为补充固定技术应用的临床随访结果。方法:回顾性分析二例枢椎棘突螺钉固定临床结果。第一例患者女性50岁,诊断寰椎骨折,由于枢椎椎动脉一侧高跨畸形,该侧椎弓根过细,同时椎板薄,但棘突基底较为宽大,予以棘突螺钉斜向固定,代替枢椎椎弓根螺钉。手术予以寰枢固定融合,后路正中切口,寰椎侧块螺钉,枢椎解剖变异侧斜向棘突螺钉联合对侧椎弓根螺钉固定,取髂骨植骨。第二例患者男性31岁,诊断枕颈畸形,脊髓变性。手术予以后路正中切口减压,枕颈固定,枕骨钉加枢椎双侧椎弓根螺钉,及枢椎棘突螺钉垂直固定,颈3双侧侧块螺钉固定,植骨融合。术后拍摄颈椎正侧位X线片和CT三维重建,定期门诊复查。结果:术中和手术后未见神经血管损伤、切口感染等并发症。术后X线片示颈椎内固定位置良好,CT显示所有螺钉在位,未见异常。切口一期愈合,术后颈部疼痛明显缓解。寰椎骨折患者术后随访3年,骨折于术后3个月愈合,寰枢椎融合成功。四肢肌力感觉活动良好。寰枢椎螺钉固定良好,未见失败退出。枕颈畸形患者术后随访8个月,于术后4个月植骨融合成功,枕颈螺钉位置良好,未见松动退出。术后磁共振显示枕颈部减压充分,未见明显脊髓受压,末次随访四肢肌力5级,感觉麻木好转。结论:枢椎棘突螺钉也许可以在一些解剖变异等情况下作为替代和补充方法应用。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R687.3
【图文】：

根螺钉固定［９］。椎动脉高位骑跨畸形是最常见的导致枢椎椎弓根过细的原因，畸形逡逑的血管长期压迫骨质，导致椎弓根过细，而且往往在枢椎单侧出现，发生率约逡逑１４．５－１８％［９，１Ｇ］（图１）。垣＿｝１１等［１（）］解剖学研究发现２０％尸体枢椎椎弓根不适合进行逡逑１逡逑

学、标本静态生物力学研究，初步证实枢椎棘突螺钉固定的具有一定的可行性［１５＿１８］。逡逑解剖学研究发现枢椎棘突平均高度为１２．９０ｍｍ，棘突根部的平均厚度为逡逑１８．８６ｍｍ［１５’１６］，枢椎棘突螺钉具有一定的解剖学可行性（图２）邋［１７’１８］。静态生物力逡逑学拔出力（Ｐｕｌｌ－ｏｕｔ邋ｓｔｒｅｎｇｔｈ）研究发现，枢椎棘突螺钉具有一定的抗拔出力［２３］。枢逡逑椎棘突螺钉直接将螺钉置入颈椎后侧解剖结构上，可以直视下置钉，具有操作筒逡逑单，相对安全，可以减少手术时间、置钉风险和并发症，可以作为枢椎常规固定逡逑方法的有益补充，特别是作为在解剖变异的情况下，一种补救和补充技术在变异逡逑侧应用联合正常解剖侧椎弓根螺钉固定具有一定的临床应用价值。逡逑图２邋ＣＴ横断面扫描显示枢椎棘突宽大，水平宽度徶到２１．７ｍｍ。逡逑枢椎棘突螺钉固定已有临床小规模应用报道，主要用于枢椎椎弓根单侧解剖逡逑变异情况下在变异侧运用，并报道了三种不同的置钉技术［１９＿２２］。２００４年Ｇｏｅｌ等［１９］逡逑报道了对１１例先天性枕颈畸形儿童患者

逦逦＾逡逑退出，但均取得成功融合（即枢椎棘突螺钉垂直固定技术，图３－Ａ）。Ｎａｇａｔａ等［２（）］逡逑于２０１３年报道了对一例颈椎不稳患者进行后路Ｃ２－Ｔ１固定融合，在枢椎解剖变异逡逑侧成功使用一枚枢椎棘突螺钉水平固定结合正常解剖侧椎弓根螺钉固定（即枢椎逡逑棘突螺钉横向固定技术，图３－Ｂ）。该患者一侧椎动脉高位骑跨畸形，枢椎一侧椎逡逑弓根过细，同时椎板很薄，同时不适合椎弓根螺钉和椎板螺钉固定，作者在枢椎逡逑解剖变异侧使用单侧棘突螺钉联合对侧椎弓根螺钉固定，术后随访固定融合满意。逡逑刘观S盏龋郏插澹稿澹荼ǖ懒顺晒ττ靡焕�双侧枢椎棘突椎板螺钉联合寰椎侧块螺钉固定齿逡逑状突骨折，该患者枢椎椎弓根和椎板均较薄小，不宜常规方法置钉，术后随访寰逡逑枢取得融合。此外，高志潮等２１［２２］报道了邋１０例枢椎固定的患者，由于单侧枢椎高逡逑位骑跨椎动脉畸形椎弓根过细或关节突骨折均不宜行枢椎椎弓根螺钉固定，最后逡逑在解剖变异侧单侧枢椎棘突椎板螺钉斜向固定联合对侧椎弓根螺钉治疗取得良好逡逑效果。枢椎棘突椎板螺钉其主要螺钉把持部分位于棘突�

本文编号：2777659