羅集賢，尹 飛，宋世凱，朱慶三

（吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院 脊柱外科，吉林 長(zhǎng)春 130021）

椎弓根螺釘（Pedicle Screw，PS）置入技術(shù)是脊柱外科發(fā)展歷史上的非常重要里程碑，然而在臨床工作中，術(shù)者往往為了追求螺釘?shù)钠叫信c對(duì)稱反復(fù)修正進(jìn)釘方向，更改螺釘?shù)倪M(jìn)釘軌道，延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間，增加手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。本實(shí)驗(yàn)組已經(jīng)通過螺釘在釘棒、橫聯(lián)構(gòu)成的系統(tǒng)中的所受應(yīng)力的變化進(jìn)行研究，得出交叉置釘法［1］的螺釘在釘棒、橫聯(lián)偶聯(lián)后構(gòu)成的三維立體系統(tǒng)中的所受應(yīng)力要小于平行置釘法。為了進(jìn)一步研究模擬腰椎活動(dòng)后各組螺釘?shù)纳锪W(xué)變化，設(shè)計(jì)了一種疲勞試驗(yàn)機(jī)，測(cè)量經(jīng)過8小時(shí)前屈、后伸疲勞后各螺釘?shù)陌纬隽?，從而檢驗(yàn)其松動(dòng)程度。因此也可以更加真實(shí)比較平行置釘法與交叉置釘法的螺釘偶聯(lián)后的生物力學(xué)狀態(tài)。探討研究多節(jié)段偶聯(lián)后不同角度置釘?shù)纳锪W(xué)特點(diǎn)。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 脊柱標(biāo)本 選取新鮮8個(gè)月齡豬完整的豬腰椎L1－L5標(biāo)本8具，去除標(biāo)本的軟組織并完整的保留其韌帶、小關(guān)節(jié)及關(guān)節(jié)囊，不損傷其骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，所有標(biāo)本均經(jīng)X線檢查排除先天性畸形、骨折、骨質(zhì)疏松和腫瘤等病變。用雙層塑料袋包裹后置于－20℃冰柜中保存。實(shí)驗(yàn)前將標(biāo)本在室溫下解凍后，分為A組平行置釘法、B組交叉置釘法進(jìn)行試驗(yàn)。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 CSS電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)（CSS—44100生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，長(zhǎng)春試驗(yàn)材料研究所）；疲勞試驗(yàn)機(jī)（自主研制開發(fā)）；YJ－25型數(shù)字應(yīng)變儀由上海華東儀器廠生產(chǎn)；C型臂X光機(jī)（德國(guó)西門子公司生產(chǎn)）；義齒基托樹脂Ⅱ型（自凝牙托粉）和義齒基托樹脂液劑Ⅱ型（自凝牙托水，化學(xué)名聚甲基丙烯酸甲脂，上海新世紀(jì)齒科材料有限公司生產(chǎn)）。椎弓根螺釘（直徑6.5 mm，長(zhǎng)度為45 mm）32枚、連接棒16根、橫聯(lián)器8個(gè)及配套安裝工具（常州市康宇醫(yī)療器械公司）；脊柱外科常規(guī)手術(shù)工具。

1.2 疲勞實(shí)驗(yàn)

將偶聯(lián)后的椎弓根螺釘標(biāo)本置于脊柱疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)上，模擬人體的前屈、后伸，于220 V額定電壓下以28次／分鐘行前屈、后伸運(yùn)動(dòng)8小時(shí)，共行13440個(gè)循環(huán)的疲勞實(shí)驗(yàn)，可以最大程度上模擬螺釘松動(dòng)的受力狀態(tài)。

1.3 螺釘拔出力實(shí)驗(yàn)

將A、B兩組每個(gè)標(biāo)本的椎弓根螺釘釘尾部及螺栓夾在CSS電子萬能試驗(yàn)機(jī)的夾具上，使用萬能試驗(yàn)機(jī)按螺釘軸線方向行拔出試驗(yàn)，恒定速率以2.0 mm／min。同時(shí)使用自動(dòng)記錄儀記錄下螺釘拔出距離和加載力的變化曲線，測(cè)出最大軸向拔出力。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，平行置釘法與交叉置釘法兩種椎弓根螺釘置入方法最大拔出力（見表1），檢驗(yàn)結(jié)果顯示兩組之間的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明A組平行置釘法與B組交叉置釘法各經(jīng)過8小時(shí)疲勞試驗(yàn)后，兩組之間椎弓根螺釘?shù)淖畲蟀纬隽o明顯改變。

表1 不同SSA角度時(shí)最大拔出力的比較（±s）左上最大拔出力（KN）左下最大拔出力（KN）右上最大拔出力（KN）右下最大拔出力（KN）A 組 2.799±0.876 2.497±1.320 2.366±0.739 2.484±0.975 B組 2.805±0.187 2.844±0.413 2.814±0.198 3.098±0.729

3 討論

很多關(guān)于椎弓根螺釘?shù)捏w外實(shí)驗(yàn)都是在單一椎體上進(jìn)行的測(cè)試，然而在實(shí)際臨床工作中，大多數(shù)置入椎弓根螺釘?shù)氖中g(shù)都是兩個(gè)椎體、三個(gè)椎體甚至是多個(gè)椎體的。通過縱向的連接桿、橫聯(lián)等裝置將各個(gè)螺釘聯(lián)合到一起，從而達(dá)到三維立體的固定。本實(shí)驗(yàn)通過疲勞螺釘、連桿、橫聯(lián)三者構(gòu)成多節(jié)段的三維立體系統(tǒng)固定，充分模擬螺釘、連桿、橫聯(lián)所構(gòu)成的三維立體系統(tǒng)在人體內(nèi)的疲勞運(yùn)動(dòng)，而目前國(guó)內(nèi)及國(guó)際上關(guān)于椎弓根螺釘內(nèi)固定疲勞試驗(yàn)的方法及儀器各不相同［2］，椎弓根螺釘內(nèi)固定疲勞試驗(yàn)是模擬內(nèi)固定器械在人體內(nèi)受脊柱三維六度周期性負(fù)荷作用下的生物力學(xué)的生物力學(xué)疲勞變化規(guī)律，儀器測(cè)試要求較復(fù)雜。目前沒有規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。本研究組自主研制開發(fā)的疲勞試驗(yàn)機(jī)，可以最大限度的模擬人體在正?；顒?dòng)中的前驅(qū)、后伸等運(yùn)動(dòng)。由于連桿和橫聯(lián)的應(yīng)用，螺釘與連桿及橫聯(lián)，三者之間形成三維立體的堅(jiān)強(qiáng)固定系統(tǒng)。因此螺釘無論從任何方向受力時(shí)，通過釘棒與橫聯(lián)形成的多節(jié)段固定系統(tǒng)，可以使螺釘所受應(yīng)力向系統(tǒng)的其他部分傳遞，不僅增加了螺釘固定的穩(wěn)定性還減小了螺釘所受的應(yīng)力。所以多節(jié)段固定系統(tǒng)的椎弓根螺釘所受的應(yīng)力要小于單一椎體，而多節(jié)段螺釘固定的強(qiáng)度不只是單一椎體固定強(qiáng)度的簡(jiǎn)單相加。通過本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)交叉置釘法的椎弓根螺釘增加了與椎弓根四壁皮質(zhì)骨的嚙合程度，更增多了骨與螺釘界面的皮質(zhì)骨［3－7］。在椎體內(nèi)形成一個(gè)“三角穩(wěn)定效應(yīng)（triangle stable effect）”［8］。因此當(dāng)一個(gè)椎體內(nèi)的兩枚椎弓根螺釘不平行、對(duì)稱通過釘棒系統(tǒng)連接時(shí)，置入椎弓根螺釘時(shí)在同一椎體內(nèi)的兩枚螺釘適當(dāng)?shù)脑龃蠡驕p小其與終板成角，所形成的“斜釘效應(yīng)（toe－naill effect）”［9］不但增加了螺釘?shù)目拱纬鰪?qiáng)度，減小螺釘所受應(yīng)力，而且增加了生物力學(xué)的穩(wěn)定性。

本試驗(yàn)組通過偶聯(lián)椎弓根螺釘?shù)钠趯?shí)驗(yàn)及偶聯(lián)椎弓根螺釘?shù)陌纬?shí)驗(yàn)。兩個(gè)方面系統(tǒng)的進(jìn)行研究后，發(fā)現(xiàn)平行置釘法與交叉置釘法在疲勞試驗(yàn)后的生物力學(xué)無明顯差異。進(jìn)一步認(rèn)證了在置釘過程中可以不必追求螺釘?shù)钠叫信c對(duì)稱。遂在臨床手術(shù)中無需反復(fù)修正進(jìn)釘方向，更改、翻修螺釘進(jìn)釘軌道。進(jìn)而減少手術(shù)時(shí)間，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

［1］宋世凱，尹 飛，羅集賢，等.椎弓根螺釘平行置釘法和交叉置釘法的應(yīng)力比較［J］.中國(guó)實(shí)驗(yàn)診斷學(xué)，2012，16（04）：706.

［2］韋酋亨，朱青安.椎弓根螺釘內(nèi)固定疲勞生物力學(xué)研究進(jìn)展［J］.中國(guó)臨床解剖學(xué)雜志，1999，17（2）：186.

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［4］李 斌，潘粉麗，常崇旺.椎弓根螺釘抗拔出強(qiáng)度的生物力學(xué)測(cè)試［J］.現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2009，l.（3）：520.

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［6］段洪斌.不同水平角度置入椎弓根螺釘?shù)陌吾斏锪W(xué)研究［D］.吉林大學(xué)，2005.

［7］李 兵，李世德.椎弓根螺釘植入方法的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)矯形外科雜志，2002，9（1）：61.

［8］徐寶山，唐天駟，楊惠林.經(jīng)后路短節(jié)段椎弓根內(nèi)固定治療胸腰椎爆裂骨折的遠(yuǎn)期療效［J］.中華骨科雜志，2003，22：641.

［9］Krag MH，Beynnon BD，Pope MH，et al.An internal fixation for posterior application to short segments of the thoracic，lumbar or lumbosacral spine：design and testing［J］.Clin Orthop，1986，203：75.