胸椎椎弓根和椎弓根—助骨复合体的应用解剖及相关内固定技术的生物力学研究与临床评价

【摘要】脊柱后路经椎弓根螺钉可贯穿脊柱三柱结构而达到牢靠固定，是目前临床上固定下胸椎和腰椎的首选内置物，被越来越多的脊柱外科医师所接受。然而椎弓根螺钉技术也日益暴露出其自身的局限性，特别是在上中胸椎的应用存在着较大争议。上中胸椎的椎弓根解剖结构复杂，椎弓根相对狭小，椎弓根与椎体形成特有的倾斜状态，按照常规平行于椎体终板植入螺钉，可能进入椎间孔损伤神经根及周围血管，如果沿椎弓根解剖轴线置钉，可能进入椎间盘，损伤椎间盘并影响固定强度。如再合并发育畸形，导致螺钉不能正确植入椎弓根，或者植入后突破椎体皮质造成副损伤，不能确切地保证手术的有效性和安全性。为解决这一问题，有学者在胸椎提出“椎弓根-肋骨复合体”的概念，并证实了其在解剖学上的可行性，但其力学性能尚未被准确评价。为了更充分地了解胸椎椎弓根解剖结构及相关固定技术，本课题从应用解剖学、生物力学、临床应用等方面进行评价、验证，从而形成一套系统的胸椎椎弓根内固定及椎弓根旁侧内固定理论和方法。第一部分胸椎经椎弓根螺钉固定应用解剖及胸椎椎弓根螺钉直向固定技术与经椎弓根轴向技术的生物力学研究目的：通过胸椎椎弓根解剖形态学研究，建立胸椎椎弓根进钉点的骨性标志及安全区，探讨经胸椎椎弓根直向螺钉内固定技术与轴向螺钉内固定技术的生物力学特性。方法：采用30具保存完好的胸椎干性骨骼标本，测量T1-12椎弓根的高度、宽度、植入螺钉长度、椎弓根横断面角、椎弓根矢状面角等解剖参数，确定胸椎椎弓根固定技术进钉的骨性标志及安全区；采用6具新鲜的人体胸椎标本进行两种椎弓根技术（直向技术、轴向技术）进钉参数及抗拔出力的生物力学比较。结果：建立以上关节突与横突根部的焦点为胸椎椎弓根的骨性标志及胸椎椎弓根入钉点的安全区。椎弓根螺钉入钉点安全区是上限为焦点的高度，下限为横突嵴的高度，内限为焦点到椎弓根后部投影骨皮质内缘的距离，外限为不超过焦点的外侧，形成的近似矩形框内。经椎弓根轴向技术最大拔出力的均数为570.7N；椎弓根直向技术最大轴向拔出力的均数为594.1N。T1-T6两种椎弓根技术的最大轴向拔出力均在300－530N之间。T7－T12两种椎弓根技术的最大轴向拔出力逐渐增大。最大的轴向拔出力在T12出现，为1280.5N，轴向拔出力最小在T3出现仅为106.9N。结论：中上胸椎经椎弓根安全范围有限，应用于临床时，在安全区内进钉可以最大程度地减少手术风险和并发症。胸椎经椎弓根轴向技术与椎弓根直向技术在中上胸椎进钉参数不同，但二者最大轴向拔出力的比较无显著性差异。第二部分经胸椎椎弓根-肋骨复合体螺钉内固定的应用解剖与生物力学研究目的：研究新鲜尸体标本胸椎椎弓根及椎弓根-肋骨复合体的解剖结构，获取其解剖应用参数，并比较胸椎经椎弓根螺钉和经椎弓根-肋骨复合体螺钉的最大轴向拔出力。方法：选取6具成人尸体胸椎标本（T1-12），观察椎弓根及椎弓根－肋骨复合体的形态结构，测量椎弓根下列参数：椎弓根宽度(P-W)、椎弓根高度(P-H)、植入螺钉长度(P-L)、椎弓根横断面角(P-TA)、椎弓根轴线与椎板夹角(P-LA)；椎弓根－肋骨复合体下列参数：横径（PRC-W）、纵径（PRC-H）、植入螺钉长度（PRC-L）、复合体轴线横断面角（PRC-TA）、复合体轴线与椎弓板的夹角（PRC-LA）。测量中将尸体标本测量与CT影像测量相结合。6具新鲜成人尸体胸椎标本，随机配对分组，随机选取一侧做经椎弓根螺钉固定，另一侧则配对做经椎弓根-肋骨复合体螺钉固定，在垂直方向分别以5mm/min的恒定速度拔出，测量最大拔出力（maximumforce,F-max）。结果：在椎弓根-肋骨复合体的三维立体结构中，椎弓根与肋骨并不位于同一平面，并且两者位置关系与其所处胸椎节段密切相关。PRC-W为13.0～17.3mm，PRC-H为5.8～8.0mm，PRC-L为43.4mm～60.5mm，PRC-TA角：15.4°～36.7°，PRC-LA角：76.2°～85.4°。轴向最大抗拔出力在椎弓根螺钉组：F-max703N，在椎弓根-肋骨复合体螺钉组：F-max685N，经t检验，2组间无显著性差异（P＞0.05）。结论：胸椎经椎弓根-肋骨复合体置入螺钉内固定时，安全范围较大，满足临床生物力学要求，是一种切实可行的内固定方法。应用于临床时，可作为一种经椎弓根螺钉技术的补充，尤其是椎弓根螺钉植入无法完成者。第三部分计算机辅助导航技术应用于脊柱侧弯的临床评价目的：对脊柱侧弯患者的椎弓根等进行三维影像学观测，评价经椎弓根-肋骨复合体螺钉技术在脊柱侧弯内固定的可行性和优越性。方法：对21例临床脊柱侧弯患者的脊柱CT进行观测，观察椎弓根、椎弓根-肋骨复合体、脊髓及胸主动脉等的形态及解剖位置。患者在三维导航下行后路椎弓根螺钉植入矫形内固定术，术后行CT扫描，评价螺钉位置。结果：脊柱侧弯患者脊柱结构的形态变化：(1)椎弓根凹侧变细，凸侧变粗，最细者0.8mm，凸侧椎弓根呈半圆形改变，椎体向凸侧旋转、凸侧偏移。(2)血管神经变化.凹侧脊髓贴近椎弓根，凸侧脊髓远离椎弓根，主动脉位置偏向椎体后外侧。在植入椎体的126枚椎弓根螺钉中25(19.8%)枚螺钉认为完全偏出椎弓根行椎弓根-肋骨复合体固定，但术后所有病例均无神经血管的损伤发生，内固定牢靠。结论：脊柱侧弯患者椎弓根等结构形态或解剖位置都有不同程度变化，部分螺钉行椎弓根-肋骨复合体内固定可取得较好效果。
【作者】付少锋；
【导师】蒋电明；
【作者基本信息】重庆医科大学，外科学，2014，博士
【关键词】胸椎；椎弓根；椎弓根－肋骨复合体；安全区；直向技术；轴向技术；解剖学；生物力学；脊柱侧凸；

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