适用于BI-AAD患者的寰枢椎侧块关节融合器的研究与设计

赵兴华 夏之远 菅凤增 陈赞

(首都医科大学宣武医院神经外科，北京100053)

对于颅底凹陷合并寰枢椎脱位[1-2](basilar invagination-atlantoaxial dislocation, BI-AAD)的手术治疗方式主要有两类，较传统的为经前路手术，该手术通过经口咽入路松解寰枢椎或磨除齿状突。经前路手术[3-5]虽能直接解除压迫，但因其术后常导致感染、进食困难等并发症发生率较高，近年来逐渐被不断改进的颈后路复位内固定融合术所替代。Abumi等[6]最早报道了寰枢椎脱位后路复位技术，但早期后路复位技术存在复位率低，融合率低的问题。2004及2005年，Goel等[7-8]相继报道了在侧方关节植入融合器复位颅底凹陷和寰枢椎脱位，取得了一定的治疗效果。前期我们采用关节间融合技术治疗颅底凹陷合并寰枢椎脱位，明显提高了颅底凹陷和寰枢椎的复位率，取得了良好的疗效。但由于缺乏专用的关节间融合器，采用颈椎间盘或腰椎间盘的融合器代替，由于大小和形态不合适，给手术操作带来一定难度。此前，李松凯[9]曾在2008年报道过关于寰枢椎椎间关节融合器的研制。其研究存在的主要问题在于以正常的骨骼标本和正常人的薄层CT资料为研究对象，得出的研究结果难以应用于侧方关节存在严重畸形的BI-AAD患者。本文旨在通过测量比较正常人与BI-AAD患者侧方关节的形态学差异，并以此数据为基础设计出适用于BI-AAD患者的寰枢侧方关节间融合器以及侧方关节松解工具。

对象与方法

一、一般资料

1.实验组：收集我院及外院收治的28例颅底凹陷合并寰枢椎脱位患者，颅底凹陷诊断标准[10]：齿状突尖高于钱氏线超过3 mm；寰枢椎脱位诊断标准：寰齿间距(ADI)大于3 mm。平均年龄(44.2±2.4)岁，范围31～52岁，男15例，女13例。

2.对照组：收集我院门诊保留的25例正常人颅颈CT数据，年龄27～62岁，平均(47.2±4.4)岁，男14例，女11例。颅颈CT检查结果排除颅颈交界区病变。

二、方法

1.两组人群均进行颈椎CT薄层扫描，层厚0.625 mm，CT为TOSHIBA Aquilion 16层CT机，120～135 kV，300 mA。保存CT薄层扫描数据。

图1 各径线测量方法

Fig 1 Measurement method of the radial lines

A: Maximum length of lateral atlantoaxial joint in sagittal section, 15.5 mm; B: Maximum length of lateral atlantoaxial joint in coronal section; C: The vertical distance between the odontoid tip to Chamberlain was used to diagnose the basilar invagination and assess its severity; D: Atlantodental interval (ADI), the shortest vertical distance of the posterior edge of anterior arch of atlas to the anterior edge of odontoid process was used for diagnosis of atlantoaxial dislocation; E, F: The indirect method of measurement was used to measure the angle between the lateral atlantoaxial joint and the posterior edge of C'-2; G: The angle between the tangent of the lower surface of slope and the extension line of anterior edge of odontoid process was defined as craniocervical tilt.

2.测量方法：运用RadiAnt DICOM Viewer(32-bit)加载CT薄层扫描数据并重建颈椎矢状位和冠状位。①寰枢椎侧块关节矢状径的测量：在颈椎CT矢状位重建图像中测量寰椎侧块关节面矢状径，确定CT矢状面的最长径进行测量，如图1A所示。②寰枢椎关节冠状径的测量：在颈椎CT冠状位重建图像中测量寰椎侧块关节面冠状径，因为植入融合器时需避开横突孔内的椎动脉等结构，故此处以横突孔横径最大处测量关节突上关节面横径，如图1B所示。③颅底凹陷程度：在颈椎CT矢状位重建图像中测量齿状突顶点到Chamberlain线的垂直距离，用以诊断颅底凹陷的程度，如图1C所示。④寰齿间距(atlantodental interval, ADI)：在颈椎CT三维重建矢状面测量寰椎前弓后缘与齿状突前缘的距离，用于诊断寰枢椎脱位如图1D。⑤矢状面关节倾角(sagittal joint iclination)及颅颈角[11](craniocervical tilt)参考P·Sarat Chandra的方法进行测量，如图1E、1F、1G所示。

3.统计方法：所有数据经SPSS 17.0统计学软件处理：测量的相同项目的数据进行不配对t检验，统计检验标准的显著性设在P=0.05。

4.寰枢椎关节间融合器的设计：根据寰枢椎关节的矢状径测量结果设计融合器的长度，根据寰枢椎关节的宽度设计融合器的宽度，根据颅底凹陷的程度设计融合器的高度，根据寰枢椎关节矢状面倾角设计寰枢椎关节的前凸角度。

结 果

一、测量结果

分别测量实验组和对照组两侧关节面各形态数据，统计分析，发现本研究中两组研究对象左右两侧关节相关数据均无显著差异(P>0.05)，因此将两组对象的左右两侧数据合并进行研究；实验组对象在矢状径和冠状径均显著小于对照组(P<0.001)；实验组患者的矢状面关节倾角、颅颈角和寰齿间距均显著大于对照组(P<0.001)。具体数据见表1～2。

表1 正常人与BI-AAD患者寰枢侧方关节各径长对比

Tab 1 Comparison of the lateral atlantoaxial joint between normal subjects and patients with BI-AAD

ItemTotalnumberofjointsCoronaldiameter(mm)Sagittaldiameter(mm)Sagittalinclination(°) Normal5014．6±1．417．2±1．589．91±6．61 BI-AAD5612．7±1．915．5±1．8118．93±14．97 P<0．001<0．001<0．001 t5．9385．298-12．654

表2 正常人与BI-AAD患者颅底凹陷程度、ADI、颅颈角对比

Tab 2 Comparison of the lateral atlantoaxial joint between normal subjects and patients with BI-AAD

ItemTotalnumberofpeopleChamberlaindistance(mm)ADI(mm)Craniocervicaltilt(°) Normal25<3．00<2．5059．9±5．6 BI-AAD2812．99±3．855．046±1．6378．2±9．8 P<0．001<0．001<0．001 t-8．228

二、融合器设计

1.整体外观设计：融合器整体外观设计为长方形，为了便于融合器的放置，融合器前方设计为子弹头形态。为了避免融合器移位，在融合器中部设计了齿状凸起，增加融合器在关节间隙内的摩擦力。为了透视观察融合器的位置，在融合器头端和中点添加钛金属丝标记线，如图2所示。

2.融合器尺寸设计：融合器长度为患者关节面全长，将融合器放置在关节间隙内，术中在进行悬臂操作技术操作时可以起到支点的作用，复位寰枢椎水平脱位。融合器的长度设计为关节面矢状径长度，为了纠正寰枢椎关节后凸畸形，恢复生理前凸，融合器设计为前高后低，前凸的度数分为0°、10°和20°。融合器的宽度设计为6～10 mm，以2 mm为间距，共3个型号；将融合器的长度设计为15 mm和18 mm两个型号。根据颅底凹陷程度，将融合器后缘的高度设计为5～12 mm，以1 mm为间距，共8个型号。以前凸0度、宽度10 mm、长度15 mm、后缘高度10 mm为例。

三、松解工具设计

关节撑开器设计采用钝刃，插入关节间隙后，通过旋转、撬拨松解撑开侧方关节，松解寰枢椎前方张力带。撑开器长度为30 mm，厚度为2 mm，宽度6～10 mm，间隔2 mm，如图3所示。关节面刮刀用于刮除关节面软骨，长度为25 mm，厚度为2 mm，宽度为6～10 mm，宽度型号间隔2 mm，为了避免损伤关节面，刮刀一侧为钝刃，另一侧为锐刃，如图4所示。扩张器和铰刀的连接杆均标记深度为20 mm、25 mm和30 mm的刻度。连接杆长度为200 mm，连接杆尾端可以与T型把手连接。

图2 融合器工程图

Fig 2 The engineering drawing of cage

图3 撑开器工程图

Fig 3 The engineering drawing of brace implement

图4 关节面刮刀工程图

Fig 4 The engineering drawing of articular surface drawknife

讨 论

2004及2005年，Goel等[7-8]相继报道了在寰枢椎椎间关节内放置融合器，增加寰枢椎关节间高度，补偿寰椎侧块与枕髁融合后丢失的寰椎侧块的高度。这一技术可以有效地复位颅底凹陷和寰枢椎脱位，取得了良好的疗效，但由于Goel所使用的关节间融合器为其自制，无法推广应用范围。我们在前期的临床工作中采用后路关节间松解，植入融合器，配合后路旋臂技术，可以有效复位颅底凹陷和寰枢椎脱位，并纠正寰枢椎后凸畸形和颅颈角，取得了良好的疗效。由于缺乏专用的融合器，我们采用的是长度为23 mm，宽度为9 mm，高度为6～9 mm的腰椎融合器(强生公司)。如图5所示，患者术后寰枢椎后凸畸形和颅颈角均得到明显改善，术后随访症状得到明显改善。但从术后复查的CT可见，由于我们所用的融合器长度过长，压迫患者咽后壁，虽然患者没有出现明显吞咽困难等症状，但融合器形态大小不合适会在很大程度上影响复位的效果。

图5 患者术前术后对比

Fig 5 Comparison of patients pre- and post-operation

A: Pre-operative MRI of T2images of the cervical spine in sagittal plane; B: Pre-operative sagittal reconstruction of CT; C: Pre-operative sagittal reconstruction of CT; D: An X-ray examination after placing the cage; E: Post-operative sagittal reconstruction of CT; F: Post-operative sagittal reconstruction of CT (CL=0.5 mm, ADI=0 mm, craniocervical tilt=62.3°).

颅底凹陷患者寰枢椎侧方关节形态畸形[12-13]，表现为矢状面倾角和冠状面倾角都与正常人有很大区别，部分颅底凹陷患者关节突矢状面倾角畸形严重，关节突后方椎弓峡部与枕鳞形成关节，关节变异严重。除此之外，颅底凹陷患者寰枢椎侧方关节均不同程度陷入后颅窝，枕鳞严重遮挡关节面后方。颅底凹陷患者由于寰椎与枕骨融合，寰椎后弓和横突与枕骨融合后，寰椎后弓的椎动脉沟和寰椎的横突孔消失，导致椎动脉缺少骨性结构的引导，而走行异常，椎动脉经常从外侧向内侧跨越寰枢椎关节面后缘进入枕大孔，在松解寰枢椎关节和植入融合器过程中极易受到损伤。因此需要设计特殊的工具安全分离撑开寰枢椎侧方关节间隙，以便植入关节间融合器。

通过测量我们发现颅底凹陷患者寰枢椎侧方关节的长度、宽度均明显小于正常人群，矢状面倾角和冠状面倾角均明显大于正常人群。因此，我们根据颅底凹陷患者寰枢椎侧方关节的形态数据，解剖学特点设计了专用的关节间隙松解工具和关节间融合器。关节间隙松解工具包括关节撑开器和关节刮刀，首先需要将窄的关节撑开器插入寰枢椎关节面内，通过旋转撑开器撑开关节间隙，撑开关节间隙可以松解寰枢椎前方的张力带，这是后路复位颅底凹陷合并寰枢椎脱位技术的关键。枢椎的上关节面的下方为枢椎椎动脉孔，在撑开关节间隙的过程中必须保证上下关节面骨性关节面的完整，一旦手术操作造成枢椎上关节面骨折，将失去其对融合器的支撑，融合器还可能因枢椎上关节面塌陷压迫其下方的椎动脉孔内的椎动脉，造成椎动脉闭塞，威胁患者生命。因此关节间撑开器两侧被设计为钝性，并从4 mm宽度开始，以2 mm为间距逐级增加撑开器宽度，根据齿状突向上超出钱氏线的距离确定最终需要撑开关节间隙的高度。关节间隙撑开到预定高度后，用关节面刮刀，在关节间隙内慢慢旋转，利用其刀刃刮除关节面上的软骨，显露骨性关节面，以便与植入的关节间融合器融合。

颅底凹陷患者寰枢椎关节存在后凸畸形，表现为颅颈角增大，矢状面倾角增加(大于90°)，P·Sarat Chandra等[11]的文章中报道BI-AAD患者平均颅颈角为(84.0±15.1)°，正常人为(60.2±9.2)°；平均矢状面倾角为(127.10±22.05)°，正常人为(87.15±5.65)°。该数据与我们所得数据结论一致，可以认为BI-AAD患者颅颈角一般大于70°，关节面矢状面倾角大于100°。因此，将关节间融合器的前凸角设计为0°、10°和20°三个型号，以增加寰枢椎关节的前凸，减小后凸畸形。对于后凸严重的患者，还需要以融合器作为支点进行后路加压复位寰枢椎之间的后凸畸形。

颅底凹陷寰枢椎脱位患者寰枢椎侧方关节存在不同程度畸形，设计适合的关节间融合器是采用关节间融合后路复位内固定技术治疗颅底凹陷寰枢椎脱位的关键，有望提高后路治疗颅底凹陷合并寰枢椎脱位的复位率和融合率。

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