颈后路多锚点内固定系统的研制及解剖学可行性分析.pdf

:1150Modern Practical Medicine,September 2023,Vol.35,No.9颈后路多锚点内固定系统的研制及解剖学可行性分析董伟鑫，胡勇，赖欧杰，袁振山【摘要】目的通过测量C27中后柱相关解剖学参数，为设计制造颈后路多锚点内固定系统提供解剖学依据，并验证系统的解剖学可行性。方法通过Mimics软件对40 份正常颈椎CT数据进行三维重建，测量相关解剖参数，包括侧块高度、椎板安全长度、椎板高度及棘突高度。在此基础上设计颈后路多锚点内固定系统，并在Mimics软件上将该系统装配于颈椎骨模型上，观察设计是否合理。结果测得C27中不同节段的侧块高度、椎板长度、椎板高度、棘突高度的结果。颈后路多锚点内固定系统主要由多锚点螺钉固定板、侧块螺钉、棘突螺钉和万向套组成。颈后路多锚点内固定系统在Mimics软件上进行模拟装配后，内固定系统位置良好，证明该设计具有解剖学可行性。结论设计出颈后路多锚点内固定系统，该系统在提供充足生物力学稳定性的同时，还可以从器械设计的源头上避免置钉过程损伤神经根、脊髓或椎动脉等重要结构。【关键词】颈椎；后路；解剖；侧块；螺钉doi:10.3969/j.issn.1671-0800.2023.09.009【中图分类号】R681.5【文献标志码】A目前临床上颈椎后路内固定主要包括颈椎后路椎弓根螺钉与侧块螺钉，颈椎后路椎弓根螺钉拥有最佳的固定强度，但对置钉准确性的要求极高，存在较高的螺钉误置率1-2 1，置钉过程中也容易出现神经根、椎动脉或脊髓损伤等严重的并发症B4。颈椎后路侧块螺钉置钉风险较小，但钉道过短，生物力学稳定性较差，尤其在处理矫形或骨折脱位时，因螺钉松动导致失败的概率极高5-0 。鉴于此，临床上需要一种全新的颈椎后路内固定系统，从器械设计的源头上避免置钉过程损伤神经根、脊髓或椎动脉等重要结构，同时拥有足够的生物力学稳定性。本研究通过测量C27中后柱相关解剖学参数，设计一款全新的颈后路多锚点内固定系统，报道如下。1资料与方法1.1数据的收集与测量2 0 2 0 年1月至2 0 2 2 年12月随机在宁波市第六医院影像资料库中抽取40 份正常颈椎CT+三维重建数据，由2 名脊柱外科医生阅片，核对是否存在结构异常、肿瘤或骨代谢疾病等。其中男2 0 名，女2 0 名；年龄18 6 5岁，平均【文章编号】16 7 1-0 8 0 0(2 0 2 3)0 9-1150-0 335岁。将颈椎CT数据导入到Mimics软件中，在Mimics软件中生成三维立体结构，并在该三维立体结构上测量相关参数。测量指标包括侧块高度、椎板安全长度、椎板高度及棘突高度，见图1。1.2设计颈后路多锚点内固定系统笔者设计的颈后路多锚点内固定系统采用医用钛合金材质制造。颈后路多锚点内固定系统主要由多锚点螺钉固定板、侧块螺钉、棘突螺钉和万向套组成，见图2。多锚点螺钉固定板：该固定板厚度为2 mm，宽度为8 mm，长度设置了2 436 mm不同的规格，间隔2 mm，可以根据患者骨骼大小不同，选用不同长度的固定图1测量参数图示注：从左至右依次为椎板安全长度、棘突高度、侧块高度及椎板高度基金项目：宁波市卫生健康科技计划项目(2 0 2 2 Y41)；鄞州区农业与社会发展科技项目（2 0 2 3AS022）作者单位：3150 40 宁波，宁波市第六医院通信作者：胡勇，Email：h u y o n g 6 10 16 3.c o ma图2 多锚点内固定系统注：a为两种规格的颈后路多锚点内固定系统；b为侧块螺钉；c为棘突螺钉bC现代实用医学2 0 2 3年9 月第35卷第9 期板，固定板的螺钉孔直径分别为3.5mm和2 mm。1.3颈后路多锚点内固定系统在Mimics软件上的模拟手术在Mimics软件上重建一个颈椎椎体模型，并导入多锚点螺钉固定板的三维模型，将多锚点螺钉固定板拖至颈椎椎板、侧块及棘突的合适位置处，然后导入侧块螺钉与棘突螺钉的三维模型，将螺钉按照螺钉孔放置。立体旋转椎体和颈后路多锚点内固定系统这个整体结构，观察是否存在螺钉进入指标侧块高度椎板安全长度椎板最低高度棘突高度指标侧块高度椎板安全长度椎板最低高度棘突高度1151:椎管、椎间孔与椎动脉孔。2结果2.1参数测量结果C2C,中后柱相关测量参数的测量结果见表1。2.2Mimics软件上模拟内固定置入结果在Mim-ics软件上进行颈后路多锚点内固定系统的模拟置入，显示侧块螺钉、棘突螺钉和多锚点螺钉固定板的位置准确合理，见图3。表1C2C 相关解剖参数测量结果C213.781.76(10.3218.1)26.051.44(23.1829.78)12.251.31(9.14 14.6 4)13.662.02(10.4217.7 1)Cs12.261.21(9.7915.13)26.531.78(23.6031.36)10.691.07(8.9914.12)8.011.12(5.9710.14)mmC3C413.171.41(10.2316.15)12.161.02(10.2614.7 3)24.782.01(21.5629.67)25.901.48(22.9729.53)11.071.35(9.1913.7 1)10.731.12(9.3113.37)8.510.99(5.8910.32)8.351.05(6.2710.59)CC13.501.13(10.3414.51)14.171.43(12.1917.6 1)27.352.49(23.9533.19)28.312.41(25.0834.83)12.471.46(9.3616.2 5)14.871.35(11.2517.47)8.371.30(6.1510.9 7)9.441.34(6.94 12.56)研究首次提出了颈后路多锚点内固定系统的概念，并设计出了全新的、具有自主知识产权的、符合国人解剖特点的颈后路多锚点内固定系统。理论上颈后路多锚点内固定系统可以单独用作固定锚定点，作用类似颈后路椎弓根螺钉和侧块螺钉，虽然颈后路多锚点内固定系统的生物力学稳定性是否能媲美或图3颈后路多锚点内固定系统在椎骨模型上模拟置入后示意图者超越颈后路椎弓根螺钉尚需进一步生物力学实验3讨论目前临床上使用的颈椎后路椎弓根螺钉与侧块螺钉都有各自的不足7-，临床上需要一种新型内固定系统来弥补现有内固定装置的不足。此类新型内固定系统要求在能提供足够生物力学稳定性的同时，不会造成神经根、脊髓或椎动脉损伤，这也是笔者设计颈后路多锚点内固定系统的初衷。因为神经根、脊髓或椎动脉损伤都是灾难性的，带给患者的结局是非死即残，医生、患者及其家庭都难以接受。理论上本研究设计的颈后路多锚点内固定系统可以避免上述灾难性并发症，同时相比侧块螺钉，可以提供较高的内固定生物力学稳定性，故对其进行系统性研究是非常有必要的。3.1颈后路多锚点内固定系统的意义及创新点本验证，但是和颈后路侧块螺钉相比，因为颈后路多锚点内固定系统中包括了一枚传统的侧块螺钉固定，并包含有其他锚定点，所以理论上其生物力学稳定性将明显优于侧块螺钉。进而可以说颈后路多锚点内固定系统从器械设计的源头上避免置钉损伤神经根、脊髓或椎动脉等重要结构，同时拥有足够的生物力学稳定性，克服了目前临床上使用的颈后路椎弓根螺钉和侧块螺钉内固定系统的缺陷。此外，颈后路多锚点内固定系统理论上还可以在颈后路单开门椎管扩大减压的同时，进行颈后路固定融合，这是目前临床上现有的颈后路内固定系统无法实现的，但是进行该术式后的生物力学性能仍需要进行相关的生物力学实验来验证支持。3.2颈后路多锚点内固定系统的适应证和禁忌证颈后路多锚点内固定系统继承了颈后路手术的优点：1152相比颈前路手术，后路手术入路风险较小，且初学者容易掌握，操作相对简单；颈后路侧块螺钉和棘突螺钉置入相对简单安全。笔者将颈后路多锚点内固定系统的适应证和禁忌证概括如下：（1）适用于颈后路椎弓根螺钉内固定系统的适应证；(2)适用于颈后路侧块螺钉内固定系统的适应证；(3)可行颈后路单开门椎管扩大减压的同时进行颈后路的固定融合；（4)伴有上述两者或三者的复合型疾病。禁忌证：（1)伴有棘突骨折不稳，无法实现棘突螺钉固定；（2)伴有侧块骨折不稳，无法实现侧块螺钉固定及撑开；(3)下颈椎畸形。3.3颈后路多锚点内固定系统手术入路及实际操作的可行性分析颈后路单开门椎管成型术、颈后路侧块螺钉固定术及棘突螺钉固定术已广泛应用于临床9-1,颈后路相关术式因为不像颈前路手术那样存在食道、大血管、喉上神经及喉返神经等结构损伤的风险，故而容易被脊柱外科医生掌握开展。本文设计的颈后路多锚点内固定系统采用的是常规颈后路正中切口入路，该设计主要包括三个手术步骤：（1）颈椎后路单开门椎管扩大减压术。颈椎后路单开门减压是目前在临床上广泛应用的一种技术，其具有操作简单、手术风险相对较小的特点3；（2)颈椎侧块螺钉固定。该技术现广泛应用于临床，虽然其生物力学性能不及椎弓根螺钉，但由于其操作简单、容易掌握、并发症极少，被广泛应用于临床5；（3）棘突螺钉固定。该技术作为颈后路内固定术的一种补充固定方式也已被应用于临床。因此理论上颈后路多锚点内固定系统在手术入路和手术操作上的可行性极高。结合颈后路多锚点内固定系统在Mim-ics软件上的成功模拟置入，侧块螺钉、棘突螺钉和多锚点螺钉固定板的位置准确合理，说明颈后路多锚点内固定系统的设计在手术入路和实际操作上具有可行性。理论上，颈后路多锚点内固定系统可以作为颈后路侧块螺钉与椎弓螺钉的一种补充技术，还可以作为颈后路单开门椎管扩大减压固定融合术的一种备用方案。本研究的局限性在于缺乏生物力学实验数据验证其优势，模拟研究未考虑实际手术复杂性，适应证和禁忌证基于理论推测，未与现有应用于临床的内固定系统进行比较，这将是未来进一步研究的方向。利益冲突所有作者声明无利益冲突Modern Practical Medicine,September 2023,Vol.35,No.9作者贡献声明董伟鑫：实验操作、论文撰写；袁振山、赖欧杰：数据整理、统计学分析；胡勇：研究指导、论文修改、经费支持1 DUFF J,HUSSAIN M M,KLOCKE N,et al.Does pedicle screwfixation of the subaxial cervical spine provide adequate stabiliza-tion in a multilevel vertebral body fracture model?An in vitro bio-mechanical studyJ.Clin Biomech(Bristol,Avon),2018,53:72-78.2 OITMENT C,THORNLEY P,KOZIARZ F,et al.A Review ofstrategies to improve biomechanical fixation in the cervical spineJ.Global Spine J,2022,12(7):1596-1610.3 SOLIMAN M A,KHAN S,RUGGIERO N,et al.Complicationsassociated with subaxial placement of pedicle screws versus lateralmass screws in the cervical spine:Systematic review and meta-analysis comprising 1768 patients and 8636 screws3.NeurosurgRev,2022,45(3):1941-1950.4 JJUNG Y G,LEE S,JEONG S K,et al.Subaxial cervical pediclescrew in traumatic spinal surgeryJJ.Korean J Neurotrauma,2020,16(1):18-27.5 LEE S,CHO D C,ROH S W,et al.Cervical alignment followingposterior cervical fusion surgery:Cervical 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