钉棒系统在颈椎单开门椎管扩大成形术中的力学研究*

廖邦强，付晓玲，邱睿韫，潘斌文，王笑山，吴凯，宋玉林，汪文玉，陈伟高

（1.南昌大学第二附属医院骨一科，江西 南昌 330006；2.南昌大学信息工程学院，江西 南昌 330000；3.江西省弋阳县人民医院骨一科，江西 弋阳 334400；4.江西省上饶县人民医院江西上饶334100）

·临床论著·

钉棒系统在颈椎单开门椎管扩大成形术中的力学研究*

廖邦强1，付晓玲1，邱睿韫2，潘斌文3，王笑山4，吴凯1，宋玉林1，汪文玉1，陈伟高1

（1.南昌大学第二附属医院骨一科，江西 南昌 330006；2.南昌大学信息工程学院，江西 南昌 330000；3.江西省弋阳县人民医院骨一科，江西 弋阳 334400；4.江西省上饶县人民医院江西上饶334100）

目的评价钉棒系统固定侧块及椎板在颈椎单开门椎管扩大成形术中的力学稳定性。方法选用6例无损伤的人尸体颈椎标本（由南昌大学医学院解剖教研室提供），每例选取C3～C7节段。经随机化处理分为3组，每组10个节段，所有节段进行单开门椎管扩大成形，根据固定方式分为螺钉丝线组（A组）、钛板组（B组）和钉棒系统组（C组）。应用南昌大学力学中心生物材料实验机对各颈椎节段进行生物力学性能测试，分别测量每组的拔出力、椎板再关门的最大负荷及完全关门负荷并进行分析。结果A、B、C组的最大拔出力分别为（13.88±4.34）、（100.65±14.15）和（198.37±46.88）N，差异有统计学意义（P＜0.05）。3组在再关门负荷过程中最大负荷分别为（14.68±3.14）、（746.84±170.09）和（769.88±146.89）N；完全关门负荷分别为（14.68±3.14）、（746.84±170.09）和（769.88±146.89）N。B、C组与A组比较差异有统计学意义（P＜0.05），B、C组比较差异无统计学意义（P＞0.05）。结论钉棒系统固定侧块及椎板在颈椎单开门扩大成形术中具有一定的力学优势。

钉棒系统；颈椎单开门椎管扩大成形术；力学研究

对于多节段颈椎管狭窄导致的脊髓型颈椎病、颈椎后纵韧带骨化症，颈后路单开门椎管扩大成形术是经典术式[1]，但术后易出现再关门、轴性痛的并发症[2-3]，严重影响手术效果，降低患者生活质量及满意度，而这些并发症的发生都与术后颈椎稳定性、门轴固定刚性程度有关[4-5]。因此，有学者提倡颈椎单开门后采用内固定维持开门状态[6]，许楠健等[7]应用Vertex钉棒系统进行固定后取得良好的临床疗效，认为钉棒系统较钛板具有更理想的力学稳定性，但目前国内还未见这方面的力学实验，因此，本研究对钉棒系统在单开门椎管扩大成形术中的稳定性进行力学检测。

1 材料与方法

1.1 标本选取

南昌大学医学院解剖教研室提供6例颈椎标本（取自意外死亡的年轻成年男性尸体），截取其C3～C7部位的脊柱颈段，经肉眼观察及X线检查，排除先天性疾病、骨质疏松、肿瘤和骨折等，标本获取时保留周围软组织的完整。

1.2 单开门椎管扩大成形术模型的建立

实验前将标本自然解冻，剔除颈椎标本所有肌肉及韧带，用福尔马林液浸泡处理，6例标本分离为30个节段，所有节段选定右侧为门轴侧，左侧为开门侧。首先在颈椎右侧关节突内缘内侧约1.5 cm处用磨钻磨除单层骨皮质及骨松质，保留对侧骨皮质，再用磨钻在左侧侧块内侧缘磨透双层皮质，椎板钳固定左侧椎板向右侧开门，使门轴处形成青枝骨折，所有标本椎板开门宽度为1.0 cm。

1.3 实验分组

根据固定方式的不同，将30个颈椎节段随机分为3组。

1.3.1 螺钉和丝线组螺钉和丝线组（A组）以Magerl法进钉，进钉点位于侧块后壁中点内上方，外倾30°平行上关节面钻孔，钻透对侧皮质，测深后拧入3.5 mm皮质骨螺钉，在棘突上打孔，将10号丝线穿过棘突并固定于螺钉上。

1.3.2 钛板组钛板组（B组）使用直径2.0 mm的自攻螺钉将长度适宜的重建钛板一端固定于侧块处，另一端固定于棘突根部，进钉时椎板侧垂直进钉，侧块侧可垂直或稍向外进钉，不可穿透对侧骨皮质。

1.3.3 钉棒系统组钉棒系统组（C组）采用Roy-Camile技术在侧块植入螺钉（威高钉棒系统），以棘突和椎板的交界、椎板头尾方向的中点为进钉点，沿椎板方向分别植入螺钉，然后选择合适长度的棒并以顶丝固定维持开门。见图1、2。

1.4 力学测试

1.4.1 拔出力测试本实验采用南昌大学力学实验中心微机控制电子试验机，将手术后的颈椎标本固定于特定的固定夹具上，拔出装置穿过丝线/钛板/棒的下缘，测试前调节标本角度使拉伸方向与开门后关节突关节侧的侧块垂直，并将拔出力的初始数据归零，以免产生正向和负向的初始力，依预试验结果设置试验机速度为2 mm/min。测试前、开始加载后，螺钉大部分拔出即中止测试，螺钉拔出破坏的标准载荷-时间曲线出现最高点加载后，通过软件可以直接得到拔出过程中的拔出力变化，从而得出最大拔出力。

1.4.2 再关门负荷测试应用MTS 880生物材料实验机对各颈椎节段进行生物力学性能测试，于标本正后方垂直向下加载载荷，直至掀开的椎板完全关门。描记载荷-位移曲线，记录每个标本的最大负荷及关门时负荷，并计算从加载载荷至开门椎板完全关闭时的功耗，关门过程中的功耗由载荷-位移曲线的峰值和曲线积分按梯形面积求和计算得出。

1.5 统计学方法

采用SPSS 13.0统计软件进行数据分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示，5组间运动范围变化的比较用单因素方差分析（One-way，ANOVA），方差不齐时用Welch法校正，进一步的多重比较用LSD法，方差不齐用Games-Howell法，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

钉棒系统的拔出力明显高于螺钉丝线组及钛板组，差异有统计学意义（P＜0.05）。经单因素方差分析，结果显示不全相等。两两间行LSD检查，钉棒系统组和钛板组椎板再关门的最大负荷及完全关门负荷明显高于螺钉丝线组，差异有统计学意义；钉棒系统组的最大负荷及完全关门负荷高于钛板组，但差异无统计学意义。见附表。

附表3组力学测试结果（n=10，N±s）

附表3组力学测试结果（n=10，N±s）

组别最大拔出力再关门最大负荷完全关门负荷A组13.88±4.3414.68±3.1414.68±3.14 B组100.65±14.15746.84±170.09746.84±170.09 C组198.37±46.88769.88±146.89769.88±146.89 χ2值742.384616.912616.912 P值0.0120.0140.014

3 讨论

3.1 颈椎单开门椎管扩大成形术的固定方式

HIRABAYASHI[8]最早应用缝线固定棘突和椎旁肌或关节囊，但椎旁肌及关节囊相对薄弱，固定强度不足，容易造成丝线切割脱落，并且丝线还会破坏关节囊的解剖结构，影响颈椎的稳定性[9]。此外，在门轴侧尚未达到牢固的骨性融合之前，椎板的回缩易使掀起的椎板原位回复，出现关门现象，造成颈椎管再狭窄，影响远期疗效，甚至造成神经功能急剧恶化[10]。

为重建成形术后的稳定性，许多学者尝试对传统单开门椎管扩大椎板成形术进行改良，目前常用的包括锚定法[11]和微型钛板固定技术[12]。各种固定方法均将同一节段相互连接成整体。锚钉法固定的方式是将同一节段的椎板和侧块连接为一个整体，使开门后的椎板在颈椎伸屈和旋转的过程中不受任何应力，同时能有效固定开放椎板，实现刚性门轴固定。锚钉固定在侧块上，能有效地防止手术操作时损伤颈动脉。锚钉本身的设计可以预防锚定固定过程中的拨出及松动。锚定固定可有效保护关节囊，避免对小关节囊的刺激和损伤，把小关节囊的干扰降低到最低限度。可早期加强颈部活动，减少术后颈部僵硬和轴性症状的发生。但有以下缺点：①内固定相对不牢固，开门侧缺乏刚性支撑，锚定的线易引起断裂；②使硬膜囊暴露于椎管外，术后瘢痕增生易造成脊髓再压迫[13]。

此后，很多学者[14-15]尝试将钢板桥接在开门侧的椎板及侧块之间，使抬起的椎板术后即刻稳定，在扩大椎管的同时使椎管真正成形。优点：①不仅恢复椎管管状结构与完整性，也将硬膜囊完全保护在椎管内，防止术后瘢痕增生造成的脊髓再压迫；②钛板固定对门轴侧起到牢固的稳定作用，对门轴侧骨质的生长融合起促进作用。缺点：微型钛板螺钉固定钉道较短，较易松动，而且钢板跨越开放的椎管，安装困难[16]，操作不当会加重脊髓损伤，甚至可能损伤颈动脉。

3.2 钉棒系统在颈椎单开门椎管扩大成形术中的应用

棘突椎板螺钉和侧块螺钉固定技术操作较为简单，不受解剖因素的限制，从而克服以往固定方式的弊端，有学者[17]提出，应用钉棒系统固定侧块和椎板，然后以棒固定。学者们认为钉棒系统能对开门侧形成真正的刚性支撑，维持脊柱后结构在手术时的固定位置，达到术后即刻稳定，有效维持扩大椎管，防止因术后再关门或角度减小，引起椎管再次狭窄，进而引起脊髓压迫症状。固定稳定的患者可以早期行颈部功能锻炼。另外，由于椎板螺钉和同侧侧块螺钉钉道相对较长，螺钉较粗，理论上较微型钛板固定更坚强。

笔者研究发现，钉棒系统组的最大拔出力[（198.37±46.88）N]明显高于螺钉丝线组[（13.88± 4.34）N]及钛板组[（100.65±14.15）N]，而在椎板再关门过程中，钉棒系统组和钛板组的关门最大负荷及完全关门负荷明显高于螺钉丝线组，虽然钉棒系统组关门最大负荷及完全关门负荷高于钛板组，但差异无统计学意义。

因此，笔者认为钉棒系统在拔出力及关门负荷方面有一定的力学优势，从力学上能够减少再关门的现象，从而提高单开门椎管扩大成形术的远期疗效。

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（申海菊 编辑）

Biomechanics study of rod-screw system in unilateral open-door cervical laminoplasty*

Bang-qiang LIAO1,Xiao-ling FU1,Rui-yun QIU2,Bin-wen PAN3,Xiao-shan WANG4, Kai WU1,Yu-lin SONG1,Wen-yu WANG1,Wei-gao CHEN1
(1.Department of Orthopaedics,the Second Affiliated Hospital,Nanchang University, Nanchang,Jiangxi 330006,P.R.China;2.Information and Engineering School,Nanchang University,Nanchang,Jiangxi 330000,P.R.China;3.Department of Orthopaedics,People's Hospital of Yiyang County,Geyang,Jiangxi 334400,P.R.China;4.People's Hospital of Shangrao County,Shangrao,Jiangxi 334100,P.R.China)

【Objective】To evaluate the stability of rod-screw system in unilateral open-door cervical laminoplasty.【Methods】The adult cadaver cervical spine specimens(C3-C7)of 6 cases were provided by the Department of Anatomy in the Medical College of Nanchang University.The unilateral open-door cervical laminoplasty was performed in all the specimens,then the specimens were randomly divided into 3 groups according to the pattern of fixation,i.e.group A of screw fixation,group B of titanium plate fixation and group C of rod-screw system fixation.The pullout strength,the maximal load and complete reclose load were evaluated in the Biomechanics Research Center of Nanchang University.At last,all the data were analyzed by SPSS 13.0.【Results】In the groups A,B and C,the pullout strength was(13.88±4.34)N,(100.65±14.15)N and(198.37±46.88)N respectively with significant differences among the three groups(P＜0.05).The maximal load was(14.68±3.14)N in the group A,(746.84±170.09)N in the group B and(769.88±146.89)N in thegroup C.The complete reclose load was(14.68±3.14)N in the group A,(746.84±170.09)N in the group B and(769.88±146.89)N in the group C.There were significant differences between the group A and the groups B and C,but there was no significant difference between the group B and the group C.【Conclusion】Fixation with rod-screw system in unilateral open-door cervical laminoplasty is more stable according to study of biomechanics.

rod-screw system；unilateral open-door cervical laminoplasty；biomechanics study

R687.3

A

1005-8982（2015）29-0055-04

2015-02-17

江西省卫生厅科技项目（No：20133052；20133177）

付晓玲，E-mail：fxl1982@sina.com；Tel：18679102713