前路经寰枢关节螺钉内固定术置钉安全性的实验验证研究

郑宇 蔡贤华 党建军 金鸿宾 黄卫兵 曾晓华 杨昱恒

前路经寰枢关节螺钉内固定术置钉安全性的实验验证研究

郑宇 蔡贤华 党建军 金鸿宾 黄卫兵 曾晓华 杨昱恒

目的验证前路经寰枢关节螺钉内固定术螺钉置入的相对安全范围，为此手术提供解剖学依据。方法前路经寰枢关节螺钉内固定术以枢椎前弓下缘与枢椎椎体侧缘交界点上方 4 mm 处为进针点，通过在 6 具防腐人体颈椎标本上建立前路经寰枢关节螺钉内固定术的手术模型，反复进行置钉操作，进一步明确多层螺旋 CT ( multislice CT，MSCT ) 三维重建所测的安全范围，指导临床应用。结果内固定螺钉无 1 例穿破寰椎上关节面，螺钉尖端至寰椎上关节面的距离 ( 2.80±0.12 ) mm；在寰椎横突孔上缘、寰枢关节面上缘及寰枢关节面下缘 3 个多平面重建 ( multi-planar reconstruction，MPR ) 横断面上，以横断面 B ( 寰枢关节面上缘 )上螺钉与椎管距离最近，为 ( 6.51±0.32 ) mm，以横断面 C ( 寰枢关节面下缘 ) 上螺钉与椎动脉管最近，为( 5.52±1.22 ) mm，螺钉与寰椎侧块上关节面距离为 ( 2.80±0.12 ) mm，所有螺钉均无脊髓、椎动脉及枕寰关节损伤。结论按照 Lu 等设计的进针点为标准进行临床置钉，以 GE RA600 PACS 工作站 AW 三维测量软件测量的相关解剖学数据为实验依据，据此来指导临床操作经标本实验证实是安全可行的。

寰枢关节；骨折固定术，内；内固定器

材料与方法

一、实验材料

6 具 40% 甲醛溶液浸泡的国人人体颈椎标本( 由武汉大学医学部解剖教研室提供 )，不分民族、年龄、性别，经大体观察无缺损，X 线片排除骨质退变、骨折、畸形及骨性异常。去除颈椎前部皮肤、动脉、食管、气管，肌肉，保留椎前韧带、椎间关节囊的完整，保留寰枢关节及寰椎上关节面，并使寰枢关节处于正常位置，用塑料袋密封保存在-20 ℃ 冰箱内。

二、器材与器械

手术刀、镊子、血管钳、导针等一般手术器械( 广州军区武汉总医院手术室提供 )，不同长度的颈椎空心拉力钛质螺钉 ( 直径 3.5 mm ) 一套、电动磨钻、钻头、套筒及导向器 ( AO 器械公司提供，图1 )，C 型臂 X 线机及东芝 16 排螺旋 CT ( 广州军区武汉总医院骨科及影像科提供 )。

三、模拟手术过程及置钉操作

置防腐人体寰枢椎标本于可术中透视的手术台上，仰卧位，头后伸，暴露出双侧枢椎椎体前缘，放置前路经关节螺钉导向器，以 1.0 mm 的导针瞄准枢椎前弓下缘与枢椎椎体侧缘交界点上方 4 mm 处的进针点[2]，以前期实验所得出的理想的钉道角度( 外偏 18°～21°，后倾 12°～20°[1]) 范围内随意调整进针方向，边进针边透视，整个操作过程在 C 型臂X 线机透视监测下进行，确保导针不突破寰椎上关节面骨质，测量导针长度，以合适长度的空心螺钉沿导针逐步拧入 ( 图1～3 )。

四、术后钉道安全性评价

1.术后各标本行 CT 平扫＋三维重建，采用 GE RA600 PACS 工作站 AW 三维测量软件对理想的钉道角度范围内随意调整进针方向所得螺钉的外偏角、后倾角分别进行测量，与术前计划的外偏角、后倾角进行配对 t 检验，P 值设为 0.05。以实际置钉角度与计划角度的差异是否存在差异性来判断手术操作的难易程度和置钉安全性 ( 图4～5 )。

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2.术后通过大体观察螺钉是否穿破寰椎侧块上关节面，判断是否对枕颈关节构成了损伤，并通过GE RA600 PACS 工作站 AW 三维测量软件测量螺钉尖端至寰椎上关节面的距离 ( 图6 )。

图1 实验常规手术器械及置入导针图Fig.1 The conventional surgical instrument and needle placement图2 术中透视导针位置正位、侧位像Fig.2 The anteroposterior ( AP ) and lateral X-ray flms showed the needle position during the operation图3 术后透视螺钉位置正位、侧位像Fig.3 The AP and lateral X-ray flms showed the screw position after the operation图4 术后行 MSCT 三维重建检查Fig.4 The MSCT 3 D reconstruction was performed after the operation

3.在以下 3 个多平面重建 ( multi-planar reconstruction，MPR ) 横断面上观察螺钉与毗邻结构的关系：A.寰椎横突孔上缘；B.寰枢关节面上缘；C.寰枢关节面下缘。如果螺钉穿破椎管壁或椎动脉管壁，则分别认为脊髓或椎动脉损伤；分别测量螺钉到椎管壁及椎动脉管壁的距离 ( 图5 )。

图5 MSCT 三维重建 VR 及 MPR 横断面测量图图6 术后大体观察螺钉位置Fig.5 The measurement of volume rendering ( VR ) and MPR transverse sections based on MSCT 3 D reconstructionFig.6 The screw position was observed after the operation

结 果

在 6 具国人防腐人体颈椎标本 ( C1～C2) 上模拟手术过程置入 12 枚螺钉，分别测量记录术前计划的角度和术后实际置入的角度。两者之间采用 SPSS 13.0 软件对测量数据进行配对 t 检验，P 值均＞0.05，表明实际置钉角度与计划角度的差异无统计学意义 ( 表1 )。

观察寰椎上关节面示：大体观察所有术后标本钉道都位于安全区域，内固定螺钉无 1 例穿破寰椎上关节面，螺钉尖端至寰椎上关节面的距离 ( 2.80± 0.12 ) mm；在寰椎横突孔上缘、寰枢关节面上缘及寰枢关节面下缘 3 个 MPR 横断面上，螺钉与脊髓、椎动脉均有一定距离 ( 表2 )。以横断面 B 中螺钉与椎管距离最近，为 ( 6.51±0.32 ) mm，以横断面 C 中螺钉与椎动脉管最近，为 ( 5.52±1.22 ) mm，螺钉与寰椎侧块上关节面距离为 ( 2.80±0.12 ) mm，所有螺钉均无脊髓、椎动脉及枕寰关节损伤。

表1 术前设计理想参数与术后实际参数对比 (±s )，单位 ( ° )Tab.1 The contrast of the ideal preoperative parameters and the actual postoperative parameters (±s ), unit ( ° )

表1 术前设计理想参数与术后实际参数对比 (±s )，单位 ( ° )Tab.1 The contrast of the ideal preoperative parameters and the actual postoperative parameters (±s ), unit ( ° )

测量参数 理想参数 实际参数 t 检验t 值 P 值外偏角 20.12±3.11 20.26±3.02 -0.682 0.147后倾角 18.22±3.26 18.36±3.15 -0.577 0.265

表2 不同横段面螺钉与毗邻结构的距离 (±s )，单位 ( mm )Tab.2 The distance from the screw to the adjacent anatomical structure (±s ), unit ( mm )

表2 不同横段面螺钉与毗邻结构的距离 (±s )，单位 ( mm )Tab.2 The distance from the screw to the adjacent anatomical structure (±s ), unit ( mm )

横断面 颈椎椎管壁 椎动脉管壁横断面 A 6.62±1.61 5.76±1.14横断面 B 6.51±0.32 7.42±1.33横断面 C 7.25±0.56 5.52±1.22

讨 论

一、前路经寰枢关节螺钉内固定术术野的显露

寰枢椎周围血管、神经繁多，毗邻的解剖结构复杂而重要，前路术式的显露较后路风险大[3]，无论是 Bailey 和 Badgley 改良的颈前外侧入路内固定[4]，还是后来 Whitesides 和 Kelly 报道的侧方入路内固定[5]，都存在明显的术野显露问题，虽然口咽入路术式简单，显露清晰，但是由于存在术野感染、脑膜炎，甚至脊髓感染等隐患[6]，目前国内外也只有少数学者推崇使用[7-8]。这些问题在一定程度上制约了前路内固定手术临床的开展。前方咽后入路及其改良入路解剖层次清晰、术野大，是寰枢椎手术中较为理想的前路手术入路[9]。此入路又称为颈动脉鞘前手术入路，术野显露步骤为：取右侧颌下颈前斜切口，切开阔筋膜及颈阔肌，结扎切断浅静脉，在咽喉部与颈动脉鞘之间钝性分离，向外牵开胸锁乳突肌前缘、颈动脉鞘及颌下腺。切断二腹肌中央腱，向内牵开舌骨及下咽部。为了更好显露术野，可酌情结扎颈外动脉内侧的各动脉分支，术中注意保护舌下神经。

本实验通过尸体解剖及模拟手术发现，行前路经寰枢关节螺钉内固定术只须显露寰枢关节和 C3椎体上缘即可，因此前方咽后入路及其改良手术入路完全可满足此手术的术野暴露，临床操作中也最大程度地降低了术野感染、脊髓感染等并发症的可能性。

二、前路经寰枢关节螺钉内固定术进针点和进针角度的选择

Lu 等[2]最先报道的入钉点在以枢椎前弓下缘与枢椎椎体侧缘交界点上方 4 mm 处，钉道矢状面上向外侧倾斜 5°～25°，冠状面向头侧倾斜 10°～25°。Vaccaro 等[10]推荐入钉点应在 C2椎体上下关节面的中线偏内侧 1 / 3 的位置，进钉角度大约是矢状面偏外侧 25°，冠状面 0°。王超等[11]设计的入钉点为枢椎底部两侧 2 mm 处，具体进针角度未阐述，仅报道在 X 线正位对准寰椎侧块的外上角，侧位沿枢椎椎体的纵轴进钉。陈坚等[12]设计的入钉点为枢椎体底部两侧各 1 mm 处，钻头分别向外偏 ( 24± 3.5 ) °、向后倾 ( 27±4.0 ) ° 钻入。Dvorak 等[13]设定入钉点为枢椎上关节面的中内 1 / 3 与枢椎体中平面的交点，通过此交向外上方置入螺钉，螺钉矢状面向后倾斜 25°，冠状面向两侧斜 15°，经过寰枢椎关节面中点到达寰椎侧块上关节面中部骨质下停止。曹正霖等[14]则设计了 2 个入钉点，左侧同王超等的入钉点，右侧 ( 切口侧 ) 同 Lu 等的入针点，使手术操作简化。左右两侧在矢状面上的外倾角分别为( 22±3.9 ) ° 和 ( 22±2.5 ) °，在冠状面上的后倾角分别为 ( 25±2.6 ) ° 和 ( 25±3.5 ) °。池永龙等[15]设计的入钉点在 C2椎体中线两侧 5～10 mm 处，Lu等测量的偏斜角度，在正矢状面上外偏角为 ( 28± 3.5 ) °，正冠状面上后偏角为 ( 15±2.7 ) °。从该钉点向外上方进钉，并在 C 型臂 X 线机的监视下正确到达 C2椎体左下限，穿过寰枢椎关节面中点到达寰椎侧块中部，从而稳定寰枢椎。由此可知，目前前路寰枢椎内固定术的入钉点多在枢椎椎体线两旁和寰枢椎关节面下方，不同的进针点对此手术影响的对比研究未见报道。

本实验设计的入钉点以国外学者 Lu 等[2]最初设计的进针点为标准进行临床置钉，蔡贤华等[16]在国人干燥寰枢椎标本上取得了和 Lu 等[2]相类似的研究发现，笔者在尸体标本解剖和模拟置钉时也发现以此处为进针点，显露容易，定位简单。以笔者所采用的术前设计方法所得出的理想的钉道角度 ( 外偏18°～21°，后倾 12°～20° ) 范围内进针安全有效。

三、前路经寰枢关节螺钉内固定术置钉实验过程中发现的问题

经过反复多次置钉操作，明显体会到导针置入的 3 个阻力感和 1 个落空感：第 1 个阻力感来自枢椎椎体上缘的骨皮质，第 2 个阻力感来自寰椎侧块下关节面的骨皮质，第 3 个阻力感来自寰椎侧块上关节面的骨皮质，1 个落空感来自寰枢关节处。临床实际手术操作过程中提醒：( 1 ) 如果出现第 3 个阻力感，提示导针已经到达寰椎椎体内，此时应在C 型臂透视机的辅助下判断导针进入的深度，微调导针达到最佳长度，如果继续进针出现落空感，提示导针已穿出寰枕关节面，临床出现这种情况会导致医源性的枕寰关节融合，影响枕寰关节的前屈后伸活动，偶见颈部疼痛不适[17]；( 2 ) 如果第 1 个阻力感后出现较明显落空感且未马上出现第 2 个阻力感，一般多由于导针外偏角度过大所致，临床出现这种情况有可能造成椎动脉损伤，严重者可造成偏瘫、脑干缺血死亡[18]。

本实验在标本置钉过程中有 2 枚螺钉在首次置钉过程中感觉阻力较大、无握持感而退钉后重置。经多次核准发现：( 1 ) 当进针点周围骨质表面不平整时，导向器尖端在固定过程中容易滑移而发生偏差，导致置钉失败；( 2 ) 当入点距侧块外缘距离过小 ( ＜2 mm ) 时，由于置钉过程中担心损伤椎动脉，容易导致外偏角变小而使置钉困难；经过修整进针点周边骨皮质及调整置钉参数后，二次置钉均获得成功。

四、前路经寰枢关节螺钉内固定术置钉风险性评估

前路经寰枢关节螺钉内固定术中，螺钉钉道轨迹经枢椎椎体前缘-寰枢外侧关节面内侧-寰椎侧块，2 枚螺钉由内向外方向走行，大致呈倒“八”字形，与 Kandziora 等[19]研究发现的枢椎前表面螺钉进钉的“V”形安全区域基本符合。力学上保证了螺钉具有良好的抗前后剪切力和抗旋转力矩的能力，螺钉路径长，有足够多的骨质稳定螺钉，可以从前方坚强固定寰枢椎。Ryken 等[20]认为骨密度( bone mineral density，BMD ) 是影响螺钉抗拔出力的最主要因素，本实验的置钉区域也符合 Kandziora等[19]发现的寰椎侧块上关节面和寰枢外侧关节面的 BMD 高密度区域，从而在临床手术中避免了螺钉松动、退出的严重并发症。寰枢椎复合体中，其内侧骨质构成椎管的外侧壁与脊髓相邻，其外侧骨质构成椎动脉孔的内侧壁与椎动脉相邻，与此部位相关的手术都面临损伤脊髓、椎动脉的风险，前路经寰枢关节螺钉内固定手术也不例外。本实验测得寰椎侧块前后径为 ( 23.97±2.46 ) mm，左右径为( 16.72±1.99 ) mm，枢椎上关节面前后径为 ( 13.65± 2.15 ) mm，左右径为 ( 9.73±1.55 ) mm，足够大的横截面积给螺钉置入提供了较大的安全空间。国内外相关解剖学研究也已经初步表明，寰枢椎完全具备行前路内固定手术的解剖学条件，并初步明确了进针点和进针角度[21-22]。本实验进一步明确了置钉的相对安全范围：外偏 18°～21°，后倾 12°～20°，并以此置钉范围在尸体标本上行模拟手术。模拟手术中，实际置钉角度与术前计划角度差异无统计学意义，证明了应用 MSCT 三维重建进行术前设计有较强准确性，行此手术具有较强可操作性。术后行MSCT 测量研究发现钉道与椎动脉、脊髓关系并不密切，受椎动脉变异的影响极小，基本不受椎弓根变异的影响，在 3 个 MPR 横断面上，测得螺钉与颈椎管、椎动脉管均有一定安全距离，以寰枢关节面下缘 MPR 横断面上螺钉与椎动脉管最近，为 ( 5.52± 1.22 ) mm，以寰枢关节面上缘 MPR 横断面上螺钉与颈椎椎管距离最近，为 ( 6.51±0.32 ) mm，螺钉与寰椎侧块上关节面距离为 ( 2.80±0.12 ) mm，所有螺钉均未造成脊髓、椎动脉及枕寰关节的损伤。以此说明在安全置钉范围内行前路经寰枢关节螺钉内固定术风险性很小，手术时螺钉置入有较大余地的细微偏差。

总之，按照 Lu 等[2]设计的进针点为标准进行临床置钉，以 GE RA600 PACS 工作站 AW 三维测量软件测量的相关解剖学数据为实验依据，据此来指导临床操作经标本实验证实是安全可行的。本实验测定的置钉参数是标准的行前路经寰枢关节螺钉内固定术时的参数，由于寰枢椎复合体存在个体上的解剖差异以及病理状态下的解剖移位，临床实际应用时，不建议完全参照。应结合术前影像学资料，通过严密的个体化解剖学数据的测量，制订个体化的术前计划，结合术中 X 线透视的指导，将置钉风险降到最低。

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( 本文编辑：马超 王萌 )

An experimental study on the safety of screw placement in anterior atlantoaxial transarticular screw fxation

ZHENG Yu, CAI Xian-hua, DANG Jian-jun, JIN Hong-bin, HUANG Wei-bing, ZENG Xiao-hua, YANG Yu-heng. Department of Orthopedics, Shaanxi Hospital of Traditional Chinese Medicine, Xi’an, Shaanxi, 710003, PRC

ObjectiveTo investigate the relative safety range of screw placement in anterior atlantoaxial transarticular screw fxation and to provide more anatomical data for Chinese surgeons.MethodsThe key point of anterior atlantoaxial transarticular screw fxation was 4 mm over the junction of the inferior edge of the atlantoaxial anterior arch and its lateral edge. A surgery model was established in cervical specimens from 6 embalmed human bodies, and the operation of screw placement was repeated. The safety range measured by multislice computed tomography ( MSCT ) 3 D reconstruction was further clarified, so as to be used as a guide in clinical application.ResultsNo screws perforating the superior articular surface of the atlas were found. It was ( 2.80±0.12 ) mm from the screw tip to the superior articular surface of the atlas. Among the 3 multi-planar reconstruction ( MPR ) transverse sections of the superior edge of the transverse foramen of the atlas and the superior edge and inferior edge of the atlantoaxial joint surface, the closest distance was ( 6.51±0.32 ) mm from the screw of the superior edge of the atlantoaxial joint surface ( transverse section B ) to the spinal canal. The closest distance was ( 5.52±1.22 ) mm from the screw of the superior edge of the atlantoaxial joint surface ( transverse section C ) to the vertebral artery, and the distance was ( 2.80±0.12 ) mm from the screw to the superior articular surface of the massa lateralis atlantis. No injuries in the spinal cord, vertebral artery or atlantooccipital joint were found. Conclusions It is feasible and safe in clinical practice to set the screw according to Lu’s standard and to take the relevant anatomical data obtained by AW 3 D software of GE RA600 PACS workstation as the experimental basis, which has been successfully verifed.

Atlanto-axial joint; Fracture fxation, internal; Internal fxators

10.3969/j.issn.2095-252X.2014.12.013

：R687.3

全军医学科学研究“十一五”计划攻关课题 ( 08G031 )

300193 天津中医药大学研究生院 ( 郑宇 )；710003 西安，陕西省中医医院骨一科 ( 郑宇、党建军 )；

430070 武汉，广州军区武汉总医院骨科 ( 蔡贤华、黄卫兵、曾晓华、杨昱恒 )；300211 天津医院创伤骨科 ( 金鸿宾 )通信作者：蔡贤华，Email: wgcaixh@163.com

2013-09-14 )