陳曉隴 張柳楊 謝雅芬 劉偉鍵 李柯柯 尚平 張清順 吳增暉

樞椎解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與延脊髓緊鄰，其處的骨折、脫位等常損傷相應(yīng)的頸髓、椎動脈等結(jié)構(gòu)而使之處于高危狀態(tài)。手術(shù)恢復(fù)三維穩(wěn)定為首選治療，樞椎亦為術(shù)中重要的錨點。2008年Koller 等[1]提出前路頸椎椎弓根螺釘技術(shù)。理論上，由于同椎體內(nèi)前路椎弓根螺釘?shù)尼數(shù)篱L度遠(yuǎn)超椎弓根螺釘外的其他各類型螺釘，明顯擁有更好的生物力學(xué)的固定度。目前，相關(guān)的國內(nèi)外生物力學(xué)解剖研究多集中于下頸椎[2-4]，而上頸椎樞椎前路的椎弓根螺釘（anterior axis pedicle screw，AAPS）技術(shù)的研究，尚在早期起始階段[5-8]。筆者希望通過對AAPS 最大拔出力的生物力學(xué)研究，為此項技術(shù)提供力學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究從2019 年10 月至2021 年1 月，共收集成人體頸椎防腐標(biāo)本（南方醫(yī)科大學(xué)解剖教研室提供）16例，排除感染、腫瘤、創(chuàng)傷等因素所致狀況，剔除1例樞椎畸形，余下15例標(biāo)本，年齡23～73 歲，平均46.3 歲，其中男10例，女5例。標(biāo)本均行CT 薄層掃描（技術(shù)參數(shù)設(shè)為：層厚1 mm，層間距0.5 mm，螺距0.938，球管電壓120 kV，電流250 mA，窗寬1000，窗位300）。每例標(biāo)本分別進(jìn)行椎弓根螺釘、前路逆行椎弓根螺釘（AAPS）、椎體螺釘（VBS）置釘操作，并按置釘方式測試并數(shù)據(jù)分組。本研究實施獲廣東省工傷康復(fù)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)（AF/SC-07/2018.60）。

1.2 主要器材

螺旋CT（Neusoft 64 排CT，Neusoft Medical Systems，中國，廣東省工傷康復(fù)醫(yī)院影像科提供）；Mimics 19.0 軟件（Materialise 公司，比利時）；高精度生物材料試驗機(jī)（Bose，Electro Force，美國，南方醫(yī)科大學(xué)生物力學(xué)實驗室提供）；固定螺釘（直徑3.5 mm，長度38 mm；直徑2.7 mm，長度34 mm，蘇州康力骨科器械有限公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 建模觀測

對標(biāo)本行CT 掃描，排除感染、腫瘤、創(chuàng)傷、先天等因素所致樞椎畸形狀況。排除不符合納入條件的個例后，將CT 掃描圖像導(dǎo)入Mimics 軟件中，并對掃描目標(biāo)進(jìn)行三維重建。對重建的三維圖像進(jìn)行觀察，在不同角度，通過不同視角，了解椎動脈的特點；通過調(diào)整三維體的透明度、進(jìn)行旋轉(zhuǎn)等操作，直接觀察樞椎內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并預(yù)先規(guī)劃釘?shù)?，以及擬定入釘點的位置（見圖1-3）。

圖1 Mimics 軟件中三維重建后的模擬置釘

圖2 Mimics 軟件中置釘后觀察置釘情況

圖3 動態(tài)觀察釘?shù)狼闆r：A.橫斷面；B.矢狀面

1.3.2 置釘操作

選取直徑3.5 mm 的適長螺釘，參考Koller 等[1]所述方法，將準(zhǔn)備好的15例樞椎標(biāo)本，隨機(jī)選取左右側(cè)，使用內(nèi)六角螺絲刀擰入螺釘。即一側(cè)使用3.5mm 直徑螺釘進(jìn)行前路逆行樞椎椎弓根螺釘（AAPS）置釘后，對側(cè)則使用3.5 mm 直徑螺釘進(jìn)行常規(guī)后路的椎弓根螺釘固定。選取直徑2.7mm 適長螺釘，在樞椎體部置入椎體螺釘（VBS），所有內(nèi)固定過程中，均采用單皮質(zhì)固定而不固定雙側(cè)皮質(zhì)，且所有螺釘均一次性完成置入操作。將樞椎置于生物力學(xué)實驗機(jī)的固定鉗中。以固定鉗固定好標(biāo)本，注意調(diào)節(jié)角度，保持螺釘軸線于與水平面處于垂直角度，上生物材料試驗機(jī)，行螺釘拔出操作（見圖4），記錄傳感器上的最大軸向拔出力。然后，對椎弓根螺釘、AAPS，以及VBS 進(jìn)行兩兩比較，對比兩者最大軸向拔出力的差異。

圖4 生物力學(xué)實驗機(jī)上拔出力測試

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

在SPSS18.0 軟件上，輸入各次試驗錄得的最大拔出力的均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差。使用配對樣本 檢驗，對椎弓根螺釘、AAPS，及VBS 進(jìn)行兩兩比較。首先，比較椎弓根螺釘組（后路）和AAPS 組的最大拔出力，檢測數(shù)據(jù)差異是否有統(tǒng)計學(xué)意義；然后如前，繼續(xù)使用配對樣本 檢驗，比較AAPS 與VBS 置釘組的最大拔出力，觀察數(shù)據(jù)差異是否有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

15 個樞椎標(biāo)本中，14 個樞椎可順利置入椎弓根螺釘及前路椎弓根螺釘。1例（女性）樞椎左右側(cè)椎弓根最小直徑分別是4.34 mm 與3.93 mm。在嘗試置入3.5 mm 的椎弓根螺釘過程中穿破側(cè)方骨皮質(zhì)，造成廢用。

剩余共14例樞椎標(biāo)本，前路椎弓根螺釘與后路置釘組、及椎體螺釘組（VBS）測量數(shù)據(jù)值符合正態(tài)分布。其中，前路椎弓根螺釘組最大軸向拔出力為（635.95±220.35）N，后路椎弓根螺釘組的最大軸向拔出力為（772.95±230.55）N，VBS 組螺釘?shù)淖畲筝S向拔出力（451.45±181.13）N。采用配對樣本 檢驗比較AAPS 組與后路椎弓根釘組兩組的測定值，P<0.05，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，顯示后路椎弓根螺釘拔出力大于前路螺釘，同理，采用配對樣本 檢驗比較AAPS 組與VBS 組兩組的測定值，P<0.05，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，顯示AAPS 置釘拔出力大于VBS 置釘法（見表1）。

表1 最大軸向平均拔出力值兩兩比較（N）

3 討論

由于樞椎的結(jié)構(gòu)特殊，目前對于其椎弓根的定義有著不同的描述。Ebraheim 等[9]認(rèn)為，上關(guān)節(jié)突下方和橫突孔前內(nèi)側(cè)的部分為樞椎的椎弓根；Naderi 等[10]則提出樞椎狹部和椎弓根可視為一復(fù)合體；馬向陽等[5]的意見是，樞椎后弓與側(cè)塊的連接部應(yīng)為樞椎椎弓根；侯黎升等[6]認(rèn)為這一結(jié)構(gòu)應(yīng)指樞椎椎體與上關(guān)節(jié)突之間的區(qū)域。正因為解剖學(xué)上椎弓根及峽部的描述不盡相同，使得其界定亦不完全統(tǒng)一，但本研究中AAPS 軸線由前向后依次通過上關(guān)節(jié)突內(nèi)側(cè)份、椎弓根峽部，直至樞椎椎體。

3.1 AAPS 的臨床應(yīng)用

新型上頸椎內(nèi)固定器材，如Harms 鋼板、TARP 鋼板、人工寰齒關(guān)節(jié)等，近20 年來逐步在臨床上推廣。以比較有代表性的TAPP 鋼板應(yīng)用為例，現(xiàn)有研究及臨床經(jīng)驗表明，前路松解復(fù)位寰樞關(guān)節(jié)后直接植骨內(nèi)固定，可達(dá)到一期減壓復(fù)位穩(wěn)定的治療目的[11-12]。但是在它們的應(yīng)用初期，螺釘錨定在樞椎前路椎體（VBS）或側(cè)塊上進(jìn)行固定，術(shù)后隨訪顯示存在一定幾率的螺釘松動、移位情況[13]。為了改善這一狀況，吳峰、尹慶水等[14]對AAPS、關(guān)節(jié)突下螺釘、椎體螺釘?shù)淖畲蟀纬隽M(jìn)行了測試。研究顯示，生物力學(xué)強(qiáng)度方面前路逆行的椎弓根螺釘固定有較優(yōu)表現(xiàn)，提示使用AAPS 固定可獲得更可靠的生物力學(xué)固定。AAPS 技術(shù)作為一種技術(shù)方式，只要釘?shù)篮线m，可適用于各類型上頸椎前路固定的操作。

3.2 AAPS 置釘“安全性”研究和局限

既往樞椎逆行椎弓根螺釘置釘?shù)慕馄蕦W(xué)研究方面，吳增暉等[13]在測量實際經(jīng)口咽前入路時，樞椎前路（逆行）椎弓根螺釘置入的安全進(jìn)釘點為：距樞椎上關(guān)節(jié)面（5.0±1.0）mm處，距前正中矢狀面（7.8±0.7）mm 處，平均釘?shù)篱L度為（26.4±1.5）mm，置釘?shù)陌踩嵌葹橥鈨A（18±4）°，下傾（14±4）°。使用CT 測量時，鄭軼等[15]提示置釘安全角度為向外傾（21±2）°，下傾（10±2）°。顧勇杰等[16]報道的CT圖像結(jié)合軟件測量結(jié)果，AAPS 的外傾角為（28.5±2.3）°，尾傾角為（15.5±2.0）°；樞椎椎體與上關(guān)節(jié)突之間凹陷的頂點可作為AAPS 進(jìn)釘點置入螺釘。胡勇等[17]則提示樞椎兩側(cè)上關(guān)節(jié)突上緣連線下方（4.39±0.67）mm 與正中矢狀面外（3.95±0.44）mm 交匯處是AAPS 的理想釘?shù)肋M(jìn)釘點，其長度約為（34.15±2.93）mm，釘?shù)劳鈨A為（30.80±2.79）°，下傾為（36.35±3.26）°，此點進(jìn)釘釘?shù)垒^長，可提供更大的抗拔出力。

解剖結(jié)構(gòu)方面，樞椎椎弓根附近的椎動脈，隨椎弓根狹窄和走行常出現(xiàn)變異[7,18]。椎弓根寬度、距離椎動脈管的距離等指標(biāo)，常在既往文獻(xiàn)中報道，可用以判斷椎弓根螺釘置釘可行性。瞿東濱等[19]提出樞椎椎弓根可分為上、中、下寬，預(yù)判樞椎椎弓根是否適合置釘，可通過測量椎弓根的中寬為依據(jù)。吳增暉等[13]認(rèn)為與橫突孔內(nèi)側(cè)壁的距離大于（6.1±1.7）mm 時，可認(rèn)為是適合置釘?shù)陌踩M(jìn)釘點。但測量這些數(shù)據(jù)過程中，若使用的是目測觀察研究平面，這會令對三維空間中的毗鄰結(jié)構(gòu)的全面兼顧上存在不足。

解剖測量研究時，如使用游標(biāo)卡尺[13,20-21]，或用軟件在CT 掃描圖上進(jìn)行[8,18-19,22]。使用游標(biāo)卡尺的測量，精確度有限，不可避免地受主觀因素影響大，出現(xiàn)參考平面不一致；而頸椎處于不同位置的CT 二維掃描圖像，或因椎體本身傾斜角度不同，而難以全面測量椎弓根的走形及毗鄰全貌。這種因測量方法、測量工具及對解剖定位的理解不同，會造成數(shù)據(jù)組間差異較大。

總體來說，傳統(tǒng)研究對于樞椎逆行椎弓根釘?shù)慕馄蕦W(xué)釘?shù)捞接戄^充分，但相關(guān)的生物力學(xué)問題涉及很少，值得進(jìn)一步研究。

3.3 計算機(jī)輔助置釘?shù)膬?yōu)勢

本研究中將CT 掃描圖像導(dǎo)入Mimics 軟件中，并對掃描目標(biāo)進(jìn)行三維重建。對重建的三維圖像進(jìn)行觀察，在不同角度，通過不同視角，直接了解椎動脈的特點，可以非常直觀且個體化地了解了樞椎重要結(jié)構(gòu)狀況，比如，一些細(xì)節(jié)，能最大可能地避開周圍結(jié)構(gòu)（如椎管、椎間孔、椎動脈管等）。通過調(diào)整三維體的透明度、進(jìn)行旋轉(zhuǎn)等操作，除直接觀察樞椎內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還可預(yù)先規(guī)劃釘?shù)?，擬定入釘點位置。通過計算機(jī)合理規(guī)劃，可相當(dāng)程度上避免手工盲目性。王建華等[23]總結(jié)了樞椎與椎動脈存在的4 種解剖關(guān)系，并指出，Ⅱ型椎動脈溝與椎弓根內(nèi)壁距離很近，置釘空間受到嚴(yán)重擠壓，使其成為置釘?shù)慕?，建議此類病例采用椎板螺釘?shù)绕渌麅?nèi)固定替代方式；對于置釘空間的評估，他提出通過計算CT 薄層掃描層數(shù)來間接評估的方法。本試驗中，采用計算機(jī)Mimics 軟件輔助重建樞椎三維圖像后，在此基礎(chǔ)上觀察和了解樞椎個體化解剖細(xì)節(jié)，明顯較前法所提供細(xì)節(jié)更加豐富，更加直觀明了且準(zhǔn)確度增加；不但可以明確椎弓根的高度，同時其寬度也一并了解。與此同時，甚至可以不論樞椎與椎動脈的解剖關(guān)系，直接規(guī)劃置釘計劃。

置釘后，再次使用CT 掃描后，證實椎弓根螺釘、前路椎弓根螺釘（AAPS）、椎體螺釘（VBS）置入符合要求后，對三種內(nèi)固定方式螺釘測量最大拔出力，測試其生物力學(xué)數(shù)據(jù)，并對三者進(jìn)行比較，得出三者生物力學(xué)上的比較特性。

3.4 樞椎前路椎弓根螺釘組與后路椎弓根螺釘組最大拔出力的比較

一般認(rèn)為，拔出力的影響因素主要取決于固定皮質(zhì)的單雙狀況、釘?shù)涝诠琴|(zhì)中的行程長度、螺釘?shù)闹睆酱旨?xì)，以及樞椎附件及椎體骨皮質(zhì)強(qiáng)度孰大孰小。實際臨床上，在樞椎后路椎弓根螺釘置釘時，為避免樞椎前方結(jié)構(gòu)（咽后壁）受損，采用單皮質(zhì)固定；但在前路（逆行）椎弓根螺釘置釘研究和測量中，因樞椎后方為厚實豐富的的肌肉組織，無其他重要特殊神經(jīng)血管結(jié)構(gòu)，故從單純理論上而論，似允許行雙皮質(zhì)置釘固定。

但在情況復(fù)雜得多的臨床實際中，術(shù)中樞椎前路逆行置釘（徒手），很少采用超長螺釘，刻意進(jìn)行雙皮質(zhì)固定，主要原因是：①本身樞椎前路逆行性徒手置釘難度就頗大，在單皮質(zhì)螺釘固定已經(jīng)滿足需要的前提下，在周圍結(jié)構(gòu)復(fù)雜的樞椎水平，刻意追求雙皮質(zhì)固定，將導(dǎo)致操作難度提高，增加手術(shù)風(fēng)險；②與單皮質(zhì)螺釘長度要求相比，雙皮質(zhì)螺釘長度超常，常需特備，條件往往不易達(dá)到；③樞椎置釘操作時，釘頭在骨質(zhì)中最為安全，一旦突破，突破點在何處即時不易確認(rèn)，如因追求雙皮質(zhì)固定，釘頭穿入或損傷重要結(jié)構(gòu)，有弄巧成拙、徒增手術(shù)風(fēng)險之虞，得不償失。所以臨床實際中，仍采用適長螺釘行單皮質(zhì)固定。

本研究中，為最大程度貼近臨床實際，且在相同條件（即前、后路椎弓根螺釘，椎體螺釘都為單皮質(zhì)固定）下對比，三種內(nèi)固定方式均采取單皮質(zhì)固定。分析釘?shù)揽砂l(fā)現(xiàn)，兩種螺釘行程都穿過了基本相同的松質(zhì)骨部分，而兩種螺釘釘?shù)赖闹饕町愒谟?，它們穿過的皮質(zhì)位置不同。本研究統(tǒng)計結(jié)果顯示比較AAPS 與椎弓根螺釘?shù)淖畲蟀纬隽?，后者明顯大于前者，提示后路進(jìn)釘點皮質(zhì)處生物力學(xué)強(qiáng)度明顯比椎體前方骨皮質(zhì)大。

由于標(biāo)本的數(shù)量限制，本次研究并未進(jìn)行雙皮質(zhì)AAPS與單皮質(zhì)椎弓根螺釘?shù)纳锪W(xué)特性比較。但胡勇等[24]在30 具新鮮樞椎標(biāo)本安置側(cè)塊螺釘、椎板螺釘、后路單皮質(zhì)和后路雙皮質(zhì)的椎弓根釘固定，比較幾者螺釘拔出力強(qiáng)度，證實了雙皮質(zhì)椎弓根螺釘拔出力量[（1 255.8±381.9）N]明顯大于單皮質(zhì)椎弓根螺釘[（901.8±373.3）N]。實際操作中，因椎弓根后方為豐富的肌層而非重要的神經(jīng)血管結(jié)構(gòu)，AAPS置釘可突破椎弓根后方的皮質(zhì)，實施雙皮質(zhì)固定，故這也為AAPS 的一重要生物力學(xué)優(yōu)勢。

3.5 樞椎前路椎弓根螺釘組與椎體螺釘置釘組方式最大拔出力的比較

前路椎弓根螺釘，相較于椎體螺釘具有較長的骨質(zhì)中行程長度，同時螺釘直徑明顯大于椎體螺釘，固最大拔出力應(yīng)大于后者。既往報道中，吳峰等[25]在6例樞椎新鮮標(biāo)本上，使用前路椎弓根、椎體及關(guān)節(jié)突螺釘固定，測定其生物力學(xué)特性，證實AAPS 拔出力（593.14±97.77）N，明顯大于樞椎椎體螺釘?shù)模?95.15±75.07）N。胡勇[24]和馬向陽等[26]在新鮮樞椎標(biāo)本上的測定，也顯示雙皮質(zhì)椎弓根螺釘?shù)陌纬隽ψ畲骩（1726.5±433.3）N]；雙皮質(zhì)樞椎椎板螺釘、雙皮質(zhì)樞椎側(cè)塊螺釘[（1054.8±411.3）N]和單皮質(zhì)螺釘[（1279.9±432.0）N]之間，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而單皮質(zhì)樞椎側(cè)塊螺釘拔出力為最小[（689.4±128.0）N]。本實驗中，VBS 亦采用單皮質(zhì)固定，對比AAPS 與VBS 置釘方式拔出力，顯示AAPS 的置釘拔出力明顯大于VBS，產(chǎn)生此結(jié)果的情況考慮為AAPS 釘?shù)涝诠琴|(zhì)中行程大大長于VBS 釘?shù)浪拢灰矠榻陙砼R床上，使用AAPS 固定方式逐步替代VBS 固定的主要原因，也符合臨床上經(jīng)口咽前路內(nèi)固定手術(shù)后VBS 仍可見松動、移位之報道而AAPS 極為少見的實際情況。

總之，由于樞椎解剖結(jié)構(gòu)個體差異較大，在實際應(yīng)用中，如術(shù)前能利用計算機(jī)輔助了解樞椎形態(tài)結(jié)構(gòu)，有利于實施個體化的AAPS 的置入操作；AAPS 釘?shù)篱L度大于多數(shù)其他置釘方式，有較明顯的生物力學(xué)優(yōu)勢，固定性能佳，且理論上有可實施雙皮質(zhì)固定前景。隨著導(dǎo)航或3D打印技術(shù)的推廣，該技術(shù)可作為手術(shù)內(nèi)固定選擇的較理想方式。