经口前路寰枢椎侧块关节间固定融合器的研制及生物力学分析

廖文胜，刘玉峰，鲍 恒，王利民

1)郑州大学第一附属医院骨科 郑州 450052 2)洛阳正骨医院骨质疏松科 洛阳471002

先天性寰椎枕骨化是常见的一种颅颈交界畸形，约占该部位骨性畸形的三分之一[1]。目前寰椎枕骨化合并颅底凹陷、齿状突上移的治疗仍困难。对于经颅骨牵引仍难以复位者，被广泛采用的方法是首先前路经口松解、减压后，再行后路固定和融合[2-3]。此方法需两个切口，一期或二期完成。除了前路手术容易合并感染等风险外[4]，此方法会造成枕骨化的寰椎与枢椎间的侧块关节分离，存在着难以维持充分复位、椎动静脉损伤、骨性融合部位不符合生理力学传导等后路手术固有的缺陷。从力学角度上讲，前方侧块关节间植骨融合比后方枕骨和枢椎椎板间融合更合理。为此，有学者对上颈椎以及枕颈交界区的前路固定进行了有益的探索，设计了各具特色的前路板状固定装置，并应用于寰枢椎脱位或其他枕颈交界区畸形的治疗[5-8]。作者基于融合器和板的特点，设计了经口前路寰枢椎侧块关节间固定融合器，并观察了其轴向生物力学稳定性，报道如下。

1 材料与方法

1.1经口前路寰枢椎侧块关节间固定融合器的设计该固定融合器分左右两侧，各由两部分组成，见图1所示。第一部分为板状结构，厚2 mm，宽8 mm，其上有3个孔，两侧的孔分别固定到寰椎和枢椎上，中间的孔与第二部分的融合器固定在一起，融合器高8 mm，置入寰枢椎侧块关节内。配套螺钉为直径3.5 mm的皮质骨螺钉。板和螺钉材料均为钛合金。该融合器委托浙江广慈医疗器械有限公司生产。

图1 经口前路寰枢椎侧块关节间固定融合器

1.2实验标本的制备成年防腐颈椎标本7具，性别不限，由郑州大学基础医学院解剖学教研室提供，经检查排除颈椎外伤、骨病及畸形，低温保存。剔除椎旁肌肉、脂肪等组织，取出寰枢椎，去除其间的韧带、关节囊等，用聚甲基丙烯酸甲酯(自凝型，上海医用模具厂生产)进行包埋，下包埋块与地平面平行，上包埋块与固定后寰椎的冠状面平行，以便于生物力学试验机轴向加压，包埋时注意保护好钉道。

1.3实验分组将7具标本先用前路寰枢椎侧块

关节固定融合器固定并行生物力学测试。然后将7具标本的前路固定融合器拆除后，再行后路钉棒系统(北京福乐医疗器械公司产品)固定和生物力学测试。具体的固定方法如下。前路固定融合器固定：固定时，板状结构上两侧的孔通过螺钉分别固定到寰椎和枢椎上，寰椎固定于侧块处，枢椎固定于椎体上；中间的孔通过螺钉与融合器固定在一起，融合器置入寰枢椎侧块关节内。螺钉拧紧前，融合器与板之间角度可以调节，以便在颅颈交界区畸形侧块关节面存在较大变异时，融合器仍可以与关节面较好地贴合。后路固定：寰椎进钉点为寰椎后结节旁开20～25 mm,直视下在椎弓下方将螺钉拧入寰椎的侧块。枢椎的进钉点为枢椎椎弓根轴线在后方椎板上的投影。寰椎侧块螺钉的长度为22 mm，枢椎椎弓根螺钉长度为24 mm，直径3.5 mm。两钉以直径3.5 mm的钛棒相连接。为模拟后路手术撑开复位状态，寰椎和枢椎间也做8 mm的撑开。

1.4生物力学测试将固定后的标本放于AGS-10KNG型万能生物力学试验机(日本岛津公司)的实验平台上，将试验机的最大载荷设为100 N，加载速率控制为1 mm/min，进行连续加载。记录30、50和70 N载荷下的轴向位移。

1.5统计学处理采用SPSS 17.0进行统计学处理。采用配对样本的t检验对两种固定方法固定的标本相同载荷条件下的轴向位移进行比较。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1固定效果见图2。前路固定后，融合器可以与关节面较好地贴合。

2.2生物力学实验结果不同载荷两种方法固定后下轴向位移的比较见表1。可以看出，在轴向载荷分别为30、50和70 N时，前路固定的位移均小于后路固定。

图2 两种方法器械固定后的效果图

表1 两种方法固定后不同载荷下轴向位移的比较 mm

3 讨论

目前寰椎枕骨化合并颅底凹陷的治疗几乎都是在牵引或松解复位后，行后路固定和融合。对此类患者，前路松解和充分复位后，寰枢椎侧块关节间势必因为分离形成空虚状态，从而丧失对纵向载荷的传导。从理论上来讲，无前方的支撑也容易造成后路固定和融合的失效。前路寰枢椎侧块关节面去除软骨终板后，也可以获取较好的植骨床，促进融合器内植骨的融合，再加上前路支撑更符合生理状态下负荷的传导，因而前路固定、支撑和融合有可能带来更好的融合率和远期疗效。

1987年Schmelzle等[5]首先报道应用前路固定装置结合后路钢丝固定治疗寰枢椎关节脱位，这一早期的探索存在着固定强度不足、缺乏有效融合支撑等缺陷。尹庆水等[7-8]应用经口寰枢椎复位板(transoral atlantoaxial reduction plate, TARP)治疗难复性寰枢关节脱位，TARP是一种可以锁定并可以使前脱位的寰椎关节复位的板状内固定装置，但是对于寰枕先天融合、颅底凹陷的患者，复位上移的齿状突和维持复位的能力似有不足。2010年Li等[9]在解剖学研究的基础上设计了颈1-颈2侧块关节间融合器，并与后路钉棒系统组合在一起应用，认为可以为颈1-颈2间的融合提供新的融合部位，适用于寰椎因后弓减压切除而无足够植骨床的患者。作者研制的前路固定融合装置与上述装置的主要不同是将固定用的板状结构与融合器合二为一，融合器放置于寰枢椎侧块关节之间，除了有助于融合，还可以起到支撑和维持复位的作用。

寰枢椎之间有四个关节，包括两侧的寰枢椎侧块关节，齿状突与寰椎前弓间的关节以及齿状突与寰椎横韧带间的关节。在生理状态下，寰枢椎间的纵向负荷主要通过寰枢椎的侧块关节传递[10]。因此作者选择寰枢椎间纵轴方向生物力学稳定性作为内固定方式稳定性评价的指标。寰椎呈前高后低位，在日常活动状态下，头部的屈伸活动和重力作用使颅骨相对于枢椎的位置出现向前下方滑落的趋势。对于寰椎枕骨化并颅底凹陷的患者，枕骨向前移位，枢椎上移，齿状突进入枕骨大孔。在制作后路寰椎侧块螺钉枢椎椎弓根螺钉固定的标本时，作者模拟了寰椎枕骨化颅底凹陷畸形实际治疗过程，并将寰枢侧块关节撑开约8 mm，与前路固定融合器高度相等。

研究结果显示，前路固定融合器固定后，50、70 N载荷下的轴向位移分别为(0.76±0.05)和(1.15±0.09) mm；而通过后路钉棒撑开固定的方式，50、70 N载荷下的轴向位移分别为(1.53±0.11)和(1.99±0.10) mm，前路固定融合器固定后标本在相同的载荷下轴向位移明显减小。这并不是前路固定的螺钉比后路固定的螺钉更为坚强，而是因为前路侧块之间有融合器的直接支撑，这种支撑作用与生理状态下寰枢椎间载荷主要由侧块关节传导相符合。实验结果提示，作者设计的经口前路寰枢椎侧块关节间固定融合器的固定效果在轴向稳定性方面优于后路钉棒系统。但是，该研究只进行了轴向稳定性测试，按照脊柱内固定器力学测试标准，尚应进行旋转、左右侧屈、前屈后伸等方面的力学测试[11]，这有待于在以后的实验中加以补充完善。

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