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CT测量成人寰枢椎后方部分结构数据设计寰枢椎

 
来源:四川解剖学 栏目:期刊导读 时间:2021-04-01
 
背景:寰枢椎融合器一直以侧块关节融合器为研究热点,但其置入操作风险过大,目前临床上一直缺乏可广泛应用的寰枢椎融合器。 目的:探究成人后路寰枢椎板间融合器的CT 影像解剖学可行性并给出初步设计。 方法:对100 例成人(男50 例,女50 例)寰枢椎CT 三维成像进行测量,测量指标包括寰椎单侧后弓长度、寰椎后弓厚度、枢椎单侧椎板长度、枢椎椎板厚度、寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离,分析寰枢椎后方部分结构的CT 测量数据并设计寰枢椎板间融合器。 结果与结论:①男、女性的寰椎单侧后弓长度分别为(23.41±1.48) mm 和(22.23±1.25) mm,寰椎后弓厚度分别为(6.00±0.96) mm 和(5.28±0.78) mm,枢椎单侧椎板长度分别为(18.54±2.23 )mm 和(17.31±0.91) mm,枢椎椎板厚度分别为(5.12±1.31) mm 和(4.98±1.26) mm,寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离分别为(32.63±2.76) mm 和(31.39±4.04) mm;②不同性别的双侧测量数据差异无显著性意义(P> 0.05);男性的寰椎单侧后弓长度、寰椎后弓厚度、枢椎单侧椎板长度大于女性,差异有显著性意义(P< 0.05);男性与女性的枢椎椎板厚度、椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离差异无显著性意义(P> 0.05);③寰枢椎后方部分结构的CT 测量结果提示寰枢椎板间融合器是可行的;④寰枢椎板间融合器初步设计成功,并获得国家专利;⑤提示寰枢椎板间融合器具有应用可行性,可用于寰枢椎后路钉棒固定融合过程中,提升寰枢椎间的植骨融合率。 BACKGROUND:Atlantoaxial lateral mass joint fusion cage has always been a focus of research, but its implant operation is too risky.At present, there is no widely used atlantoaxial fusion cage. OBJECTIVE:To investigate the anatomical feasibility of CT image and preliminary design of posterior atlantoaxial interlaminar fusion cage in adults. METHODS:Measurement of atlantoaxial three-dimensional CT of 100 adult cases (50 males and 50 females) was performed, including C1unilateral posterior arch length, C1posterior arch width, C2unilateral lamin length, C2lamina thickness and the distance of C1posterior arch higher edge to C2lamin lower edge.CT measurement data of posterior part of atlantoaxial structure were analyzed, and atlantoaxial interlaminar fusion cage was designed. RESULTS AND CONCLUSION:(1) The C1unilateral posterior arch length of man and woman was (23.41±1.48) mm and (22.23±1.25) mm respectively, and the C1 posterior arch width was (6.00±0.96) mm and (5.28±0.78) mm respectively, and the C2unilateral lamin length was (18.54±2.23) mm and (17.31±0.91) mm respectively, and the C2lamina thickness was (5.12±1.31) mm and (4.98±1.26) mm, respectively.The distance of C1posterior arch higher edge to C2lamin lower edge was (32.63±2.76) mm and (31.39±4.04) mm, respectively.(2) There were no statistically significant differences in the bilateral measurement data of different genders (P> 0.05).The C1unilateral posterior arch length, C1posterior arch width and C2unilateral lamin length in men were larger than those in women, and the differences were statistically significant (P< 0.05).There were no statistically significant differences in the C2lamina thickness and the distance of C1posterior arch higher edge to C2lamin lower edge of different genders (P> 0.05).(3) CT measurement data suggested that atlantoaxial interlaminar fusion cage is feasible.(4) Preliminary design of atlantoaxial interlaminar fusion cage was successful, and obtained the national patent.(5) It is suggested that atlantoaxial interlaminar fusion cage has application feasibility and can be used in posterior atlantoaxial screw-rod fixation and fusion to improve the fusion rate of bone graft. 0 引言 Introduction 目前,脊柱椎间融合器已广泛应用于颈胸腰椎的固定融合过程中,明显提高了椎体间植骨融合率,同时有效地减少了单纯固定、单纯植骨所带来的一系列相关临床并发症[1-2]。但对于寰枢椎融合术,由于结构的特殊性、毗邻结构的复杂性、手术的高风险性,临床上一直无可靠的融合器以供使用,仍延续传统的单纯植入自体骨的方式[3]。虽国内外有较多的学者对寰枢椎融合器进行了设计研究,但因置入困难、风险高、技术难度大等原因,未能获得广泛应用[2-5]。后路钉棒系统固定仍为现今应用最为广泛的寰枢椎固定术式[8-17],此次研究拟通过寰枢椎后方部分解剖结构的CT测量研究,设计一款可配后路钉棒系统的寰枢椎板间融合器,以期提高寰枢椎后路固定融合术的植骨融合率。 1 对象和方法 Subjects and methods 1.1 设计 影像学测量试验。 1.2 时间及地点 于2016年12月至2017年6月在中国人民解放军南部战区总医院骨科医院脊柱外科完成。 1.3 对象 从中国人民解放军南部战区总医院骨科医院医学影像科阅片系统中随机抽取100例(男50例,女50例)成人薄层扫描寰枢椎CT三维成像影像资料,年龄18-70岁,平均43岁,入组男、女性在年龄上差异无显著性意义(P> 0.05)。试验方案得到中国人民解放军南部战区总医院伦理委员会批准,并取得所有患者的知情同意。 纳入标准:年龄≥18岁,CT影像资料齐全,寰枢椎后方结构发育正常且完整; 排除标准:年龄<18岁,CT影像资料不全,寰枢椎后方结构发育异常或破坏者。 1.4 方法 通过医学影像存档与传输系统(PACS)自带测量工具对CT影像进行测量。分析左右两侧、不同性别的数据差异有无显著性意义,并根据测得数值设计寰枢椎板间融合器。 1.5 主要观察指标 ①寰椎单侧后弓长度(寰椎一侧椎弓根螺钉进钉点到后结节的距离);②寰椎后弓厚度(轴位垂直距离);③枢椎单侧椎板长度(一椎弓根螺钉进钉点至椎板螺钉进钉点的距离);④枢椎椎板厚度(轴位垂直距离);⑤寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离。测量方法见图1所示。 1.6 统计学分析 应用SPSS 21.0软件进行统计学分析,数据以±s表示。左、右侧比较采用配对t检验,若无差异则将数据合并计算均数及标准差;不同性别间数据比较采用两独立样本t检验,若方差不齐,则采用 Mann-WhitneyU检验,P< 0.05为差异有显著性意义。 表1 不同性别双侧寰枢椎CT 测量结果 (n=50,mm)Table 1 CT measurement results of bilateral atlantoaxial joint in different sexes测量项目 男 女 t 值 P 值 右侧 左侧 右侧 左侧 寰椎单侧后弓长度 23.45±1.55(18.19-26.65) 23.36±1.70(19.51-26.66) 22.42±1.44(19.61-25.62) 22.04±1.32(19.74-25.10) 1.820 0.072 寰椎后弓厚度 6.03±1.03(4.29-8.48) 5.96±1.00(3.83-7.70) 5.32±0.87(3.02-6.97) 5.23±0.83(3.10-7.14) 1.282 0.203 枢椎单侧椎板长度 18.38±2.16(13.33-22.60) 18.69±2.55(11.32-24.11) 17.26±2.27(12.43-23.06) 17.37±1.99(12.01-21.54) -1.183 0.240 枢椎椎板厚度 5.02±1.36(1.83-8.75) 5.22±1.46(2.84-8.13) 4.94±1.37(2.38-8.02) 5.02±1.30(2.96-8.84) -1.449 0.151 寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离 32.97±3.03(25.28-39.98) 32.29±2.77(24.36-38.32) 31.40±4.07(23.09-39.61) 31.39±4.23(22.35-38.67) 1.868 0.065 图1 寰枢椎后方解剖结构CT 测量方法示意图Figure 1 Diagram of the measurement of posterior part of atlantoaxial anatomical structures图注:图A 中L1 为寰椎单侧后弓长度,H1 为寰椎后弓厚度;B 中L2 为枢椎单侧椎板长度,H2 为枢椎椎板厚度;C,D 中L 为寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘的距离 2 结果 Results 2.1 CT测量结果 100例患者左右两侧寰椎单侧后弓长度、寰椎后弓厚度、枢椎单侧椎板长度、枢椎椎板厚度、寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离相比较,差异均无显著性意义(P均> 0.05),见表1。 将男性、女性左右两侧寰枢椎测量数据合并后进行男性与女性比较。男、女性的寰椎单侧后弓长度、寰椎后弓厚度、枢椎单侧椎板长度相比,差异均有显著性意义(P均< 0.05),但男、女性的寰椎单侧后弓长度及枢椎单侧椎板长度数值相差不超过1.5 mm,寰椎后弓厚度数值相差不超过1.0 mm;男、女性的枢椎椎板厚度、寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离相比,差异均无显著性意义(P均> 0.05),见表2。 男性及女性的CT测量结果分析见表3。 2.2 寰枢椎板间融合器的设计 寰枢椎板间融合器初步形状设计为半中空矩形,两侧壁厚度为1.5 mm,下壁厚度为1.0 mm,3个壁上有直径为1.0 mm的圆孔。融合器高度为5.5 mm,宽为14.0 mm,两端向两侧突出;突出部分上设计有4个微型钛钉孔,直径为1.5 mm;中部空槽宽 7.0 mm,空槽两端为半圆形空缺,直径为7.0 mm;融合 器的长度30 mm。微型钛钉直径为1.5 mm,长度为5 mm。具体见图2。 表2 不同性别双侧合并后寰枢椎CT 测量结果 (n=50,mm)Table 2 CT measurement results of bilateral atlantoaxial joint of different sexes after combining测量项目 男 女 t 值 P 值 寰椎单侧后弓长度 23.41±1.48 (19.11-25.94) 22.23±1.25 (19.71-24.89) -4.311 0.000寰椎后弓厚度 6.00±0.96 (4.27-8.06) 5.28±0.78 (2.96-6.68) -4.117 0.000枢椎单侧椎板长度 18.54±2.23 (14.68-23.08) 17.31±0.91 (13.70-21.55) 2.952 0.004枢椎椎板厚度 5.12±1.31 (2.93-8.44) 4.98±1.26 (2.96-8.43) -0.565 0.573寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离 32.63±2.76 (24.82-37.44) 31.39±4.04 (22.72-39.28) -1.781 0.078 表3 不同性别双侧合并后寰枢椎CT 测量分析 (n=50,mm)Table 3 Analysis of CT measurement results of bilateral atlantoaxial joint in different sexes after combining表柱:( )内代表患者所占比例测量项目 男 女 寰椎单侧后弓长度 >20(96%) >20(98%) 寰椎后弓厚度 >5(84%) >5(70%) 枢椎单侧椎板长度 >15(96%) >15(86%) 枢椎椎板厚度 >5(60%) >5(44%) 3 讨论 Discussion 图2 寰枢椎板间融合器Figure 2 Atlantoaxial interlaminar fusion cage图注:图A 为寰枢椎板间融合器初步设计三维模型图;B 为寰枢椎板间融合器初步实物图;C 为寰枢椎板间融合器联合钉棒系统寰枢椎固定三维模型后视图 3.1 寰枢椎融合器的研究现状 寰枢椎融合器以侧块关节融合器的研究最为广泛、深入。在寰枢椎前路手术中是经口咽入路置入侧块关节融合器[4-6,18],再配合寰枢椎前路钢板固定或者后路钉棒系统内固定,但因经口咽手术的技术难度及风险较高,且切口感染率约为2%,肺部感染率高达16%,甚至可导致死亡[19-22],这也使得前路侧块关节融合器的应用受到限制。2005年GOLE等[23]首次报道了在临床中应用后路寰枢椎侧块关节融合器,虽临床效果满意,植骨融合率高,但研究中也指出了经后路侧块关节间融合器的植入具有一定的手术难度,手术风险较高,置入操作需谨慎仔细。李胜华等[24]对后路 侧块关节融合器植入的解剖学进行了研究,研究表明,因静脉丛及C2神经后支及其伴行血管阻挡,使得侧块关节融合器的置入难度极大,强行剥离置入融合器,损伤血管可能导致难以控制的出血,而若切断C2神经根可导致术后枕区麻木症状,可能影响患者术后的生活质量。也有学者在寰枢椎后路手术中尝试了置于正中寰椎后弓与枢椎棘突椎板之间的融合器形式,虽取得了良好的临床疗效[25-27],但其置入位置极度靠近脊髓且置入操作难以把控,同时需要应用钢丝穿过寰椎后弓及穿透枢椎椎板固定融合器,故造成脊髓损伤的风险极大。如何设计一种可配合广泛使用的后路钉棒内固定系统使用,同时具有置入简便、安全可靠的寰枢椎融合器,是目前急待解决的问题。 3.2 寰枢椎板间融合器的设计概念及可行性 所谓“寰枢椎板间融合器”即连接寰椎后弓与枢椎椎板的桥梁,由于寰枢椎后部结构的特殊性,其无法像传统脊柱椎间融合器可挤压在上下2个骨面之间,所以此次研究设计利用微型钛钉固定装置将寰枢椎板间融合器固定在寰椎后弓和枢椎椎板骨面上。然后将自体骨粒植于此融合器中,不仅可将自体骨集中,同时对自体骨有一定的应力挤压的作用,使得所植自体骨与寰枢椎骨面间的接触更加紧密,理论上能增加植骨融合率,减少达到骨性融合所需的时间。 此次研究从CT影像学进行寰枢椎后方部分结构的解剖测量,并根据测得结果分析寰枢椎板间融合器的可行性。 对于寰枢椎板间融合器放置位置的可行性问题,在寰椎后弓上,由于实际术中需置入寰椎椎弓根螺钉或侧块螺钉,故融合器在寰椎后弓上放置接触的空间只有螺钉内侧到寰椎后结节之间。在枢椎椎板上,为了适应所有的枢椎置钉方案,融合器放置接触位置预设在枢椎椎弓根螺钉与枢椎椎板螺钉两者之间,而融合器上下接触范围为寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘。经过此次研究的影像解剖学测量,所有患者左右两侧的测量结果差异无显著性意义,即正常成人两侧解剖结构参数基本相同。虽然男、女性的寰椎单侧后弓长度、枢椎单侧椎板长度测量结果存在差异性,但差值不超过1.5 mm。此次研究中96%的男性寰椎单侧后弓长度大于20.0 mm,98%的女性寰椎单侧后弓长度大于20.0 mm,96%的男性枢椎单侧椎板长度大于15.00 mm,86%的女性枢椎单侧椎板长度大于15.0 mm。综合考虑以上寰枢椎后部影像解剖学的测量结果及螺钉尾部的占用范围,设计可适应上下接触空间的、具有一定宽度的融合器是可行的。寰椎后弓上缘到枢椎椎板下缘的距离男性为32.63 mm,女性为31.39 mm,不同性别间无差异,寰枢椎板间融合器有足够长度的放置空间,具有可行性。后期寰枢椎板间融合器的设计可多规格化,设计不同宽度及长度规格的融合器,同时可根据手术前影像学测量及术中实际患者寰枢椎后部结构的情况,选择合适规格的融合器。 寰枢椎侧块关节融合器因其置于关节内,上下关节面可对其挤压,再联合前路或者后路内固定即可,无需对融合器单独进行固定。但寰枢椎板间融合器是置于寰椎后弓和枢椎椎板骨面上,无上下骨面的挤压,故需对其进行单独的固定,才能保证其位置的稳定。对于寰枢椎板间融合器固定可行性问题,此次研究预想用微型钛钉将融合器固定在寰椎后弓和枢椎椎板骨面上。经过影像解剖学测量,男、女性的寰椎后弓厚度存在差异,但相差不超过1.0 mm,而枢椎椎板厚度无差异性。此次研究中,84%的男性寰椎后弓厚度大于5.0 mm,70%的女性寰椎后弓厚度大于 5.0 mm,与王宾宾等[28]、KELLY等[29]测量报道结果差别不大;60%的男性枢椎椎板厚度大于5.0 mm,44%的女性枢椎椎板厚度大于5.0 mm,与MA等[30]研究结果基本一致。可见寰椎后弓及枢椎椎板都具有一定可固定的厚度,微型钛钉置入固定是可行的,但由于寰枢后弓及枢椎椎板下方为脊髓,长度过大的微型钛钉置入有损伤脊髓的风险,临床实际工作中可根据手术前的测量以及手术中实际操作过程的探测选择合适长度的微型钛钉进行固定,避免因钛钉穿破寰椎后弓及枢椎椎板内侧皮质而造成的脊髓损伤。 3.3 寰枢椎板间融合器的设计特点 目前,临床上应用的脊柱融合器均为椎间融合器,融合器的主要应用目的为:①支撑并维持手术后的椎间隙高度,维持脊柱的生理曲度,达到撑开-压缩张力带效应,维持椎管及椎间孔容积以防止脊髓及神经根受压;②提高椎体间的融合效率,使术后复位的椎体状态及椎间隙高度达到最终稳定,避免症状复发[3]。但由于寰枢结构的特殊性,无法使用常规椎间融合器。寰枢椎侧块关节融合器与椎间融合器相似,其虽具有支撑作用,但因手术难度及风险的顾虑,无法广泛地在临床上应用。此次研究设计的后路寰枢椎板间融合器是直接放置于寰椎后弓及枢椎椎板骨面上,其虽不具有椎间支撑的作用,但此融合器可连接寰椎后弓与枢椎椎板,且在左右两侧可同时放置2个融合器,同时能够配合后路钉棒内固定系统使用,增加植骨与寰枢椎的接触集中性及应力,促进寰枢椎间融合“骨桥”的形成。 此次研究将寰枢椎板间融合器设计为半中空矩形结构,中部空槽用于植骨,所植自体松质骨粒可通过上下端的缺如处与寰椎后弓和枢椎椎板接触(图2C),术中可利用植骨工具挤压空槽中所植骨粒,使之与寰椎后弓和枢椎椎板的接触更加紧密。临床上,以往在植骨前需使用磨钻打磨寰椎后弓及枢椎椎板的皮质骨,以期能够获得更好的植骨融合,此融合器在使用时,并不需要大面积打磨,只需要在融合器固定后,使用磨钻通过上下两端的缺如处打磨骨皮质即可,随后即可将松质骨粒置入空槽内与寰椎后弓和枢椎椎板接触。目前,临床中多是取患者自体髂骨进行寰枢椎植骨融合,寰枢椎后方空间较大,以往均是在寰椎后弓及枢椎椎板的骨面上平铺骨粒,为了增加植骨融合率,常需大量的自体骨,较大取骨量对患者造成的损伤也较大,术后患者因髂骨疼痛,而导致生活不便。寰枢椎板间融合器可有效集中植骨,取自体骨量足够填充融合器即可,无需大量取自体骨,可减少对患者的手术创伤。寰枢椎板间融合器的上下两端两侧设计有微型钛钉固定孔,可利用微型钛钉将融合器固定于寰椎后弓和枢椎椎板上,以防止融合器的松动、移位,此固定方式简单,且在一定程度上可能起到固定寰枢椎的作用,增加了寰枢椎的稳定性,但仍需后续的进一步生物力学研究。 总之,成人寰枢椎后方部分结构的CT测量研究结果表明寰枢椎板间融合器是可行的,寰枢椎板间融合器的初步设计成功,较好地结合了寰枢椎后方结构的解剖特点,理论上寰枢椎板间融合器可增加所植入自体骨的集中性及与寰枢椎的接触应力,以提高植骨融合率,且具有置入操作简单的优点,但其固定的生物力学稳定性、融合性问题需进一步探讨分析。 致谢:感谢中国人民解放军南部战区总医院骨科医院脊柱外科王建华教授、章凯副教授、艾福志副教授的试验指导。 作者贡献:第一作者负责成文,通讯作者负责试验设计,第三、四、五作者负责试验数据测量,第六、七、八作者负责试验数据统计学分析,第九、十作者负责审校。 经费支持:该文章接受了“广东省省级科技计划项目(2015B020233013)、广州市科技计划项目(201803010046)”的基金资助。所有作者声明,经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道。 利益冲突:文章的全部作者声明,在课题研究和文章撰写过程,不存在利益冲突。 机构伦理问题:该研究方案的实施符合《赫尔辛基宣言》和中国人民解放军南部战区总医院对研究的相关伦理要求(2016-0003,2016-01-07)。 知情同意问题:参与试验的患病个体及其家属为自愿参加,均对试验过程完全知情同意,在充分了解治疗方案的前提下签署了“知情同意书”。 写作指南:该研究遵守国际医学期刊编辑委员会《学术研究实验与报告和医学期刊编辑与发表的推荐规范》。 文章查重:文章出版前已经过专业反剽窃文献检测系统进行3 次查重。 文章外审:文章经小同行外审专家双盲外审,同行评议认为文章符合期刊发稿宗旨。 生物统计学声明:文章统计学方法已经中国人民解放军南部战区总医院生物统计学专家审核。 文章版权:文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。 开放获取声明:这是一篇开放获取文章,根据《知识共享许可协议》“署名-非商业性使用-相同方式共享4.0”条款,在合理引用的情况下,允许他人以非商业性目的基于原文内容编辑、调整和扩展,同时允许任何用户阅读、下载、拷贝、传递、打印、检索、超级链接该文献,并为之建立索引,用作软件的输入数据或其它任何合法用途。 [1]程斌,宋焕瑾.同种异体椎间融合器的研发及其应用[J].中国组织工程研究,2015,19(53):8656. 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OBJECTIVE:To investigate the anatomical feasibility of CT image and preliminary design of posterior atlantoaxial interlaminar fusion cage in adults. METHODS:Measurement of atlantoaxial three-dimensional CT of 100 adult cases (50 males and 50 females) was performed, including C1unilateral posterior arch length, C1posterior arch width, C2unilateral lamin length, C2lamina thickness and the distance of C1posterior arch higher edge to C2lamin lower edge.CT measurement data of posterior part of atlantoaxial structure were analyzed, and atlantoaxial interlaminar fusion cage was designed. RESULTS AND CONCLUSION:(1) The C1unilateral posterior arch length of man and woman was (23.41±1.48) mm and (22.23±1.25) mm respectively, and the C1 posterior arch width was (6.00±0.96) mm and (5.28±0.78) mm respectively, and the C2unilateral lamin length was (18.54±2.23) mm and (17.31±0.91) mm respectively, and the C2lamina thickness was (5.12±1.31) mm and (4.98±1.26) mm, respectively.The distance of C1posterior arch higher edge to C2lamin lower edge was (32.63±2.76) mm and (31.39±4.04) mm, respectively.(2) There were no statistically significant differences in the bilateral measurement data of different genders (P> 0.05).The C1unilateral posterior arch length, C1posterior arch width and C2unilateral lamin length in men were larger than those in women, and the differences were statistically significant (P< 0.05).There were no statistically significant differences in the C2lamina thickness and the distance of C1posterior arch higher edge to C2lamin lower edge of different genders (P> 0.05).(3) CT measurement data suggested that atlantoaxial interlaminar fusion cage is feasible.(4) Preliminary design of atlantoaxial interlaminar fusion cage was successful, and obtained the national patent.(5) It is suggested that atlantoaxial interlaminar fusion cage has application feasibility and can be used in posterior atlantoaxial screw-rod fixation and fusion to improve the fusion rate of bone graft. 0 引言 Introduction目前,脊柱椎间融合器已广泛应用于颈胸腰椎的固定融合过程中,明显提高了椎体间植骨融合率,同时有效地减少了单纯固定、单纯植骨所带来的一系列相关临床并发症[1-2]。但对于寰枢椎融合术,由于结构的特殊性、毗邻结构的复杂性、手术的高风险性,临床上一直无可靠的融合器以供使用,仍延续传统的单纯植入自体骨的方式[3]。虽国内外有较多的学者对寰枢椎融合器进行了设计研究,但因置入困难、风险高、技术难度大等原因,未能获得广泛应用[2-5]。后路钉棒系统固定仍为现今应用最为广泛的寰枢椎固定术式[8-17],此次研究拟通过寰枢椎后方部分解剖结构的CT测量研究,设计一款可配后路钉棒系统的寰枢椎板间融合器,以期提高寰枢椎后路固定融合术的植骨融合率。1 对象和方法 Subjects and methods1.1 设计 影像学测量试验。1.2 时间及地点 于2016年12月至2017年6月在中国人民解放军南部战区总医院骨科医院脊柱外科完成。1.3 对象 从中国人民解放军南部战区总医院骨科医院医学影像科阅片系统中随机抽取100例(男50例,女50例)成人薄层扫描寰枢椎CT三维成像影像资料,年龄18-70岁,平均43岁,入组男、女性在年龄上差异无显著性意义(P> 0.05)。试验方案得到中国人民解放军南部战区总医院伦理委员会批准,并取得所有患者的知情同意。纳入标准:年龄≥18岁,CT影像资料齐全,寰枢椎后方结构发育正常且完整;排除标准:年龄<18岁,CT影像资料不全,寰枢椎后方结构发育异常或破坏者。1.4 方法 通过医学影像存档与传输系统(PACS)自带测量工具对CT影像进行测量。分析左右两侧、不同性别的数据差异有无显著性意义,并根据测得数值设计寰枢椎板间融合器。1.5 主要观察指标 ①寰椎单侧后弓长度(寰椎一侧椎弓根螺钉进钉点到后结节的距离);②寰椎后弓厚度(轴位垂直距离);③枢椎单侧椎板长度(一椎弓根螺钉进钉点至椎板螺钉进钉点的距离);④枢椎椎板厚度(轴位垂直距离);⑤寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离。测量方法见图1所示。1.6 统计学分析 应用SPSS 21.0软件进行统计学分析,数据以±s表示。左、右侧比较采用配对t检验,若无差异则将数据合并计算均数及标准差;不同性别间数据比较采用两独立样本t检验,若方差不齐,则采用 Mann-WhitneyU检验,P< 0.05为差异有显著性意义。表1 不同性别双侧寰枢椎CT 测量结果 (n=50,mm)Table 1 CT measurement results of bilateral atlantoaxial joint in different sexes测量项目 男 女 t 值 P 值 右侧 左侧 右侧 左侧 寰椎单侧后弓长度 23.45±1.55(18.19-26.65) 23.36±1.70(19.51-26.66) 22.42±1.44(19.61-25.62) 22.04±1.32(19.74-25.10) 1.820 0.072 寰椎后弓厚度 6.03±1.03(4.29-8.48) 5.96±1.00(3.83-7.70) 5.32±0.87(3.02-6.97) 5.23±0.83(3.10-7.14) 1.282 0.203 枢椎单侧椎板长度 18.38±2.16(13.33-22.60) 18.69±2.55(11.32-24.11) 17.26±2.27(12.43-23.06) 17.37±1.99(12.01-21.54) -1.183 0.240 枢椎椎板厚度 5.02±1.36(1.83-8.75) 5.22±1.46(2.84-8.13) 4.94±1.37(2.38-8.02) 5.02±1.30(2.96-8.84) -1.449 0.151 寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离 32.97±3.03(25.28-39.98) 32.29±2.77(24.36-38.32) 31.40±4.07(23.09-39.61) 31.39±4.23(22.35-38.67) 1.868 0.065图1 寰枢椎后方解剖结构CT 测量方法示意图Figure 1 Diagram of the measurement of posterior part of atlantoaxial anatomical structures图注:图A 中L1 为寰椎单侧后弓长度,H1 为寰椎后弓厚度;B 中L2 为枢椎单侧椎板长度,H2 为枢椎椎板厚度;C,D 中L 为寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘的距离2 结果 Results2.1 CT测量结果 100例患者左右两侧寰椎单侧后弓长度、寰椎后弓厚度、枢椎单侧椎板长度、枢椎椎板厚度、寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离相比较,差异均无显著性意义(P均> 0.05),见表1。将男性、女性左右两侧寰枢椎测量数据合并后进行男性与女性比较。男、女性的寰椎单侧后弓长度、寰椎后弓厚度、枢椎单侧椎板长度相比,差异均有显著性意义(P均< 0.05),但男、女性的寰椎单侧后弓长度及枢椎单侧椎板长度数值相差不超过1.5 mm,寰椎后弓厚度数值相差不超过1.0 mm;男、女性的枢椎椎板厚度、寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离相比,差异均无显著性意义(P均> 0.05),见表2。男性及女性的CT测量结果分析见表3。2.2 寰枢椎板间融合器的设计 寰枢椎板间融合器初步形状设计为半中空矩形,两侧壁厚度为1.5 mm,下壁厚度为1.0 mm,3个壁上有直径为1.0 mm的圆孔。融合器高度为5.5 mm,宽为14.0 mm,两端向两侧突出;突出部分上设计有4个微型钛钉孔,直径为1.5 mm;中部空槽宽 7.0 mm,空槽两端为半圆形空缺,直径为7.0 mm;融合 器的长度30 mm。微型钛钉直径为1.5 mm,长度为5 mm。具体见图2。表2 不同性别双侧合并后寰枢椎CT 测量结果 (n=50,mm)Table 2 CT measurement results of bilateral atlantoaxial joint of different sexes after combining测量项目 男 女 t 值 P 值 寰椎单侧后弓长度 23.41±1.48 (19.11-25.94) 22.23±1.25 (19.71-24.89) -4.311 0.000寰椎后弓厚度 6.00±0.96 (4.27-8.06) 5.28±0.78 (2.96-6.68) -4.117 0.000枢椎单侧椎板长度 18.54±2.23 (14.68-23.08) 17.31±0.91 (13.70-21.55) 2.952 0.004枢椎椎板厚度 5.12±1.31 (2.93-8.44) 4.98±1.26 (2.96-8.43) -0.565 0.573寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离 32.63±2.76 (24.82-37.44) 31.39±4.04 (22.72-39.28) -1.781 0.078表3 不同性别双侧合并后寰枢椎CT 测量分析 (n=50,mm)Table 3 Analysis of CT measurement results of bilateral atlantoaxial joint in different sexes after combining表柱:( )内代表患者所占比例测量项目 男 女 寰椎单侧后弓长度 >20(96%) >20(98%) 寰椎后弓厚度 >5(84%) >5(70%) 枢椎单侧椎板长度 >15(96%) >15(86%) 枢椎椎板厚度 >5(60%) >5(44%)3 讨论 Discussion图2 寰枢椎板间融合器Figure 2 Atlantoaxial interlaminar fusion cage图注:图A 为寰枢椎板间融合器初步设计三维模型图;B 为寰枢椎板间融合器初步实物图;C 为寰枢椎板间融合器联合钉棒系统寰枢椎固定三维模型后视图3.1 寰枢椎融合器的研究现状 寰枢椎融合器以侧块关节融合器的研究最为广泛、深入。在寰枢椎前路手术中是经口咽入路置入侧块关节融合器[4-6,18],再配合寰枢椎前路钢板固定或者后路钉棒系统内固定,但因经口咽手术的技术难度及风险较高,且切口感染率约为2%,肺部感染率高达16%,甚至可导致死亡[19-22],这也使得前路侧块关节融合器的应用受到限制。2005年GOLE等[23]首次报道了在临床中应用后路寰枢椎侧块关节融合器,虽临床效果满意,植骨融合率高,但研究中也指出了经后路侧块关节间融合器的植入具有一定的手术难度,手术风险较高,置入操作需谨慎仔细。李胜华等[24]对后路 侧块关节融合器植入的解剖学进行了研究,研究表明,因静脉丛及C2神经后支及其伴行血管阻挡,使得侧块关节融合器的置入难度极大,强行剥离置入融合器,损伤血管可能导致难以控制的出血,而若切断C2神经根可导致术后枕区麻木症状,可能影响患者术后的生活质量。也有学者在寰枢椎后路手术中尝试了置于正中寰椎后弓与枢椎棘突椎板之间的融合器形式,虽取得了良好的临床疗效[25-27],但其置入位置极度靠近脊髓且置入操作难以把控,同时需要应用钢丝穿过寰椎后弓及穿透枢椎椎板固定融合器,故造成脊髓损伤的风险极大。如何设计一种可配合广泛使用的后路钉棒内固定系统使用,同时具有置入简便、安全可靠的寰枢椎融合器,是目前急待解决的问题。3.2 寰枢椎板间融合器的设计概念及可行性 所谓“寰枢椎板间融合器”即连接寰椎后弓与枢椎椎板的桥梁,由于寰枢椎后部结构的特殊性,其无法像传统脊柱椎间融合器可挤压在上下2个骨面之间,所以此次研究设计利用微型钛钉固定装置将寰枢椎板间融合器固定在寰椎后弓和枢椎椎板骨面上。然后将自体骨粒植于此融合器中,不仅可将自体骨集中,同时对自体骨有一定的应力挤压的作用,使得所植自体骨与寰枢椎骨面间的接触更加紧密,理论上能增加植骨融合率,减少达到骨性融合所需的时间。此次研究从CT影像学进行寰枢椎后方部分结构的解剖测量,并根据测得结果分析寰枢椎板间融合器的可行性。对于寰枢椎板间融合器放置位置的可行性问题,在寰椎后弓上,由于实际术中需置入寰椎椎弓根螺钉或侧块螺钉,故融合器在寰椎后弓上放置接触的空间只有螺钉内侧到寰椎后结节之间。在枢椎椎板上,为了适应所有的枢椎置钉方案,融合器放置接触位置预设在枢椎椎弓根螺钉与枢椎椎板螺钉两者之间,而融合器上下接触范围为寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘。经过此次研究的影像解剖学测量,所有患者左右两侧的测量结果差异无显著性意义,即正常成人两侧解剖结构参数基本相同。虽然男、女性的寰椎单侧后弓长度、枢椎单侧椎板长度测量结果存在差异性,但差值不超过1.5 mm。此次研究中96%的男性寰椎单侧后弓长度大于20.0 mm,98%的女性寰椎单侧后弓长度大于20.0 mm,96%的男性枢椎单侧椎板长度大于15.00 mm,86%的女性枢椎单侧椎板长度大于15.0 mm。综合考虑以上寰枢椎后部影像解剖学的测量结果及螺钉尾部的占用范围,设计可适应上下接触空间的、具有一定宽度的融合器是可行的。寰椎后弓上缘到枢椎椎板下缘的距离男性为32.63 mm,女性为31.39 mm,不同性别间无差异,寰枢椎板间融合器有足够长度的放置空间,具有可行性。后期寰枢椎板间融合器的设计可多规格化,设计不同宽度及长度规格的融合器,同时可根据手术前影像学测量及术中实际患者寰枢椎后部结构的情况,选择合适规格的融合器。寰枢椎侧块关节融合器因其置于关节内,上下关节面可对其挤压,再联合前路或者后路内固定即可,无需对融合器单独进行固定。但寰枢椎板间融合器是置于寰椎后弓和枢椎椎板骨面上,无上下骨面的挤压,故需对其进行单独的固定,才能保证其位置的稳定。对于寰枢椎板间融合器固定可行性问题,此次研究预想用微型钛钉将融合器固定在寰椎后弓和枢椎椎板骨面上。经过影像解剖学测量,男、女性的寰椎后弓厚度存在差异,但相差不超过1.0 mm,而枢椎椎板厚度无差异性。此次研究中,84%的男性寰椎后弓厚度大于5.0 mm,70%的女性寰椎后弓厚度大于 5.0 mm,与王宾宾等[28]、KELLY等[29]测量报道结果差别不大;60%的男性枢椎椎板厚度大于5.0 mm,44%的女性枢椎椎板厚度大于5.0 mm,与MA等[30]研究结果基本一致。可见寰椎后弓及枢椎椎板都具有一定可固定的厚度,微型钛钉置入固定是可行的,但由于寰枢后弓及枢椎椎板下方为脊髓,长度过大的微型钛钉置入有损伤脊髓的风险,临床实际工作中可根据手术前的测量以及手术中实际操作过程的探测选择合适长度的微型钛钉进行固定,避免因钛钉穿破寰椎后弓及枢椎椎板内侧皮质而造成的脊髓损伤。3.3 寰枢椎板间融合器的设计特点 目前,临床上应用的脊柱融合器均为椎间融合器,融合器的主要应用目的为:①支撑并维持手术后的椎间隙高度,维持脊柱的生理曲度,达到撑开-压缩张力带效应,维持椎管及椎间孔容积以防止脊髓及神经根受压;②提高椎体间的融合效率,使术后复位的椎体状态及椎间隙高度达到最终稳定,避免症状复发[3]。但由于寰枢结构的特殊性,无法使用常规椎间融合器。寰枢椎侧块关节融合器与椎间融合器相似,其虽具有支撑作用,但因手术难度及风险的顾虑,无法广泛地在临床上应用。此次研究设计的后路寰枢椎板间融合器是直接放置于寰椎后弓及枢椎椎板骨面上,其虽不具有椎间支撑的作用,但此融合器可连接寰椎后弓与枢椎椎板,且在左右两侧可同时放置2个融合器,同时能够配合后路钉棒内固定系统使用,增加植骨与寰枢椎的接触集中性及应力,促进寰枢椎间融合“骨桥”的形成。此次研究将寰枢椎板间融合器设计为半中空矩形结构,中部空槽用于植骨,所植自体松质骨粒可通过上下端的缺如处与寰椎后弓和枢椎椎板接触(图2C),术中可利用植骨工具挤压空槽中所植骨粒,使之与寰椎后弓和枢椎椎板的接触更加紧密。临床上,以往在植骨前需使用磨钻打磨寰椎后弓及枢椎椎板的皮质骨,以期能够获得更好的植骨融合,此融合器在使用时,并不需要大面积打磨,只需要在融合器固定后,使用磨钻通过上下两端的缺如处打磨骨皮质即可,随后即可将松质骨粒置入空槽内与寰椎后弓和枢椎椎板接触。目前,临床中多是取患者自体髂骨进行寰枢椎植骨融合,寰枢椎后方空间较大,以往均是在寰椎后弓及枢椎椎板的骨面上平铺骨粒,为了增加植骨融合率,常需大量的自体骨,较大取骨量对患者造成的损伤也较大,术后患者因髂骨疼痛,而导致生活不便。寰枢椎板间融合器可有效集中植骨,取自体骨量足够填充融合器即可,无需大量取自体骨,可减少对患者的手术创伤。寰枢椎板间融合器的上下两端两侧设计有微型钛钉固定孔,可利用微型钛钉将融合器固定于寰椎后弓和枢椎椎板上,以防止融合器的松动、移位,此固定方式简单,且在一定程度上可能起到固定寰枢椎的作用,增加了寰枢椎的稳定性,但仍需后续的进一步生物力学研究。总之,成人寰枢椎后方部分结构的CT测量研究结果表明寰枢椎板间融合器是可行的,寰枢椎板间融合器的初步设计成功,较好地结合了寰枢椎后方结构的解剖特点,理论上寰枢椎板间融合器可增加所植入自体骨的集中性及与寰枢椎的接触应力,以提高植骨融合率,且具有置入操作简单的优点,但其固定的生物力学稳定性、融合性问题需进一步探讨分析。致谢:感谢中国人民解放军南部战区总医院骨科医院脊柱外科王建华教授、章凯副教授、艾福志副教授的试验指导。作者贡献:第一作者负责成文,通讯作者负责试验设计,第三、四、五作者负责试验数据测量,第六、七、八作者负责试验数据统计学分析,第九、十作者负责审校。经费支持:该文章接受了“广东省省级科技计划项目(2015B020233013)、广州市科技计划项目(201803010046)”的基金资助。所有作者声明,经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道。利益冲突:文章的全部作者声明,在课题研究和文章撰写过程,不存在利益冲突。机构伦理问题:该研究方案的实施符合《赫尔辛基宣言》和中国人民解放军南部战区总医院对研究的相关伦理要求(2016-0003,2016-01-07)。知情同意问题:参与试验的患病个体及其家属为自愿参加,均对试验过程完全知情同意,在充分了解治疗方案的前提下签署了“知情同意书”。写作指南:该研究遵守国际医学期刊编辑委员会《学术研究实验与报告和医学期刊编辑与发表的推荐规范》。文章查重:文章出版前已经过专业反剽窃文献检测系统进行3 次查重。文章外审:文章经小同行外审专家双盲外审,同行评议认为文章符合期刊发稿宗旨。生物统计学声明:文章统计学方法已经中国人民解放军南部战区总医院生物统计学专家审核。文章版权:文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。开放获取声明:这是一篇开放获取文章,根据《知识共享许可协议》“署名-非商业性使用-相同方式共享4.0”条款,在合理引用的情况下,允许他人以非商业性目的基于原文内容编辑、调整和扩展,同时允许任何用户阅读、下载、拷贝、传递、打印、检索、超级链接该文献,并为之建立索引,用作软件的输入数据或其它任何合法用途。4 参考文献 References[1]程斌,宋焕瑾.同种异体椎间融合器的研发及其应用[J].中国组织工程研究,2015,19(53):8656.[2]朱领军,刘佳,鲍小刚,等.可降解脊柱椎间融合器的研究进展[J].局解手术学杂志,2019,28(1):71-75.[3]马向阳,杨进城,邱锋,等.寰枢椎脱位后路植骨材料的选择与融合效果评价[J].中国骨科临床与基础研究杂志,2015,7(1):5-9.[4]廖文胜,刘玉峰,鲍恒,等.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[J].郑州大学学报(医学版), 2013, 48(5):658-661.[5]张皓南,尹庆水,刘桂英,等.经口前路寰枢椎侧块关节融合器的力学稳定性评价[J].中国临床解剖学杂志, 2014,3(3):348-350.[6]ZHANG BC, LIU HB, CAI XH, et al.Biomechanical comparison of a novel transoral atlantoaxial anchored cage with established fixation technique -a finite element analysis.BMC Musculoskelet Disord.2015;22(16):261.[7]LI S, NI B, XIE N, et al.Biomechanical evaluation of an atlantoaxial lateral mass fusion cage with C1-C2 pedicle fixation.Spine (Phila Pa 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