寰枢椎后路专用钉棒固定器械的研制与初步临床应用

马向阳，杨进城，邹小宝，陈树金，杨 敏，王宾宾，邱 锋，夏 虹，尹庆水

寰枢椎后路专用钉棒固定器械的研制与初步临床应用

马向阳，杨进城，邹小宝，陈树金，杨 敏，王宾宾，邱 锋，夏 虹，尹庆水

目的研制寰枢椎后路专用的钉棒内固定器械，探讨其初步临床应用效果。方法基于现有颈椎后路钉棒内固定系统在寰枢椎脱位实践应用中的不足，设计研制一套专门用于寰枢椎后路手术的新型钉棒内固定系统，包括寰椎提拉螺钉、枢椎支点螺钉、自动防旋固定棒、钉尾横连以及锥形螺纹丝攻等配套安装器械。气管插管全麻下将该新型内固定器械系统应用于6例患者，观察其应用效果。结果本组6例患者均成功施行寰枢椎后路钉棒复位固定术，其中非融合固定3例、植骨融合固定3例。手术时间60～150 min，平均手术时间95 min；术中出血量30～80 mL，平均术中出血量50 mL，无脊髓及椎动脉损伤并发症发生。新型内固定系统的螺钉、固定棒、横连均一次置入到位，无须反复调整及额外的器械辅助。术后X线片、CT、MRI复查结果显示寰枢椎脱位复位满意，脊髓压迫解除。结论研制的寰枢椎后路专用钉棒固定系统设计新颖独到，手术操作简便易行，初步临床效果满意，具有良好的应用前景。

寰枢关节；脱位；关节不稳定性；关节固定术；内固定器；钉棒内固定系统

后路经寰枢侧块关节螺钉（Magerl螺钉）固定技术自1979年成功研制以来，一直作为寰枢椎固定的金标准术式[1-2]。但寰椎后路侧块螺钉技术（Goel-Harms技术）问世后，由寰椎螺钉联合枢椎螺钉组成的短节段钉棒固定逐渐取代Magerl螺钉，成为寰枢椎后路固定的首选方法，被认为是新的金标准术式[3-6]。该技术分别在寰椎、枢椎独立置钉，不仅具有螺钉进钉角度小、适用人群广、固定强度高等优势，而且能够发挥术中提拉复位等功效，使得寰枢椎脱位的治疗效果、安全性、适用性和便利性得以明显提高[7-8]。

然而，目前寰枢椎脱位使用的钉棒固定器械并非为寰枢椎单独设计，而是颈椎后路通用的钉棒固定器械。无论是进口还是国产的器械，我们在临床治疗寰枢椎脱位过程中均发现其设计存在多种不足，有进一步改进和完善的必要。为此，结合临床实践经验，我们研制了专门用于寰枢椎后路手术的钉棒固定系统，并进行初步的临床应用，现报道如下。

1　器械研制

针对颈椎后路钉棒内固定系统在寰枢椎脱位实践应用中的不足，设计研制一套新型的寰枢椎后路专用钉棒内固定系统，包括寰椎提拉螺钉、枢椎支点螺钉、自动防旋固定棒、钉尾横连以及锥形螺纹丝攻等配套手术器械。植入材料均采用钛合金材料，相关创新设计均已申报专利。

1.1寰椎提拉螺钉

与常规颈椎后路螺钉相比，螺钉钉槽加深，中间设有凹槽，钉槽尾部在完成固定后可折断，螺钉尖端呈锥形，螺纹直径随之逐渐加大（图1）。

1.2枢椎支点螺钉

螺钉钉槽底部加高，分为加高2 mm、4 mm两种，且设计有单轴螺钉和多轴螺钉两种规格，螺钉螺纹直径同样呈锥形递增（图2）。

1.3自动防旋固定棒

固定棒的一端为长15 mm的椭圆形结构（4.0 mm×3.2 mm），置入枢椎钉槽后用于控制旋转；另一端为长35 mm、直径3.2 mm的圆柱形（图3）。固定棒的长度术中可根据需要在圆柱部分进行裁剪。

1.4钉尾横连

包括锁棒螺母、横连螺母和横向连接板，连接板两侧有椭圆形开孔，并有直板和弧形板两种规格（图4）。

1.5配套手术器械

包括：①开口锥；②开路锥；③开路手钻及限深器；④锥形螺纹丝攻（图5），螺纹直径由细变粗，有3.0 mm、3.5 mm两种规格，带螺纹部分长15 mm，后方无螺纹，20 mm后带刻度；⑤探针；⑥螺钉起子；⑦弯棒钳及体内弯棒器；⑧剪棒钳；⑨螺母起子及对抗扳手；⑩长臂螺钉折断器。

图1　寰椎提拉螺钉与常规颈椎后路螺钉对比 1A寰椎提拉螺钉（长臂多轴，螺纹粗细呈锥形递增）1B常规颈椎后路螺钉（短臂，普通等粗螺纹）图2枢椎单轴及多轴支点螺钉 2A钉槽底部加高2 mm 2B钉槽底部加高4 mm

图3　自动防旋固定棒与普通固定棒对比 3A自动防旋固定棒（一端为椭圆形，其余部分为圆柱形）3B普通圆柱形固定棒

图4　钉尾横连与普通棒上横连对比 4A，4B钉尾横连（通过内外螺母固定于钉尾）4C钉尾横连固定示意图 4D，4E普通棒上横连 4F普通棒上横连固定示意图

图5　锥形螺纹丝攻与普通丝攻对比 5A锥形螺纹丝攻（前端尖细，螺纹直径逐渐变粗，自带刻度）5B普通丝攻（螺纹直径无变化，螺纹部分过长，无刻度）

2　资料与方法

2.1一般资料

本组6例患者，男4例，女2例，年龄5～36岁，平均年龄17岁。齿突陈旧性骨折畸形愈合寰枢椎脱位1例，齿突新鲜骨折并寰枢椎脱位2例，游离齿突并寰枢椎脱位3例。6例患者均有枕颈部不适，其中2例患者四肢肌力下降，余4例运动感觉正常。美国脊髓损伤学会（American Spinal Injury Association，ASIA）分级[9]：D级2例、E级4例（表1）。

入院后均摄张口正位、颈椎正侧位和过伸过屈侧位X线片，寰枢椎CT，颈椎MRI平扫等检查，评估骨折移位、寰枢椎脱位、脊髓压迫情况，制定螺钉固定方式预案。

2.2手术步骤

表1　患者术前一般情况及手术方式

气管插管全麻，取俯卧位，颈椎适度前屈，术中维持颅骨牵引。取颈后正中长约6～8 cm纵切口，由枕后隆凸至C2棘突骨膜下剥离，显露枕骨、C1后弓、C2侧块，保留颈半棘肌在C2棘突的附丽。寰椎和枢椎均采用椎弓根螺钉固定，确定进钉点，磨钻开口，手钻徒手准备钉道，探针探触四壁完整后，直径3.0 mm、3.5 mm锥形丝攻依次攻丝，寰椎置入提拉螺钉，枢椎置入单轴支点螺钉，根据脱位程度选取垫高2 mm或4 mm的支点螺钉，修剪、折弯自动防旋固定棒，椭圆部分置入枢椎支点螺钉的钉槽内，圆柱部分置入寰椎提拉螺钉的钉槽内，拧紧枢椎支点螺钉的螺母，固定棒的方向自行固定，再拧紧寰椎提拉螺钉的螺母，完成提拉复位。透视复位满意后折断寰椎提拉螺钉加长部分的钉槽，寰椎钉尾置入钉尾横连。磨钻去除C1后弓、C2椎板的骨皮质以准备植骨床，取自体髂骨松质骨颗粒植骨。非融合固定则无须准备植骨床和取髂骨植骨，待齿突骨折愈合后可二期取出内固定，以恢复寰枢椎旋转功能。放置负压引流，分层缝合完成手术。

术后48 h拔除引流管，术后1周行X线、CT及MRI复查，了解骨折复位情况、寰枢椎脱位复位情况以及脊髓受压解除情况等。

3　结果

图6　寰枢椎后路专用钉棒固定系统非融合治疗新鲜Ⅱ型齿突骨折伴寰枢椎脱位（男，19岁）6A～6C术前X线片、CT检查示Ⅱ型齿突骨折伴寰枢椎脱位 6D术前MRI示脊髓无受压及损伤 6E术中牵引下透视示寰枢椎脱位 6F术中内固定置入完成后照片 6G，6H术中内固定置入后正侧位透视示寰枢椎复位满意 6I～6L术后1周X线片、CT检查示内固定位置良好，寰枢椎脱位及齿突骨折复位满意

本组6例患者均成功施行寰枢椎后路钉棒复位固定术，其中非融合固定3例、融合固定3例（表1）。手术时间60～150 min（平均95 min），术中出血量30～80 mL（平均50 mL），无脊髓及椎动脉损伤。术中螺钉置入钉道顺利，无滑出、偏移发生；固定棒置入一次到位，锁紧螺母后自行防止旋转，无须持棒钳及其他防旋转工具辅助维持方向；固定棒置入寰椎螺钉钉槽时无须提钉压棒等辅助操作，旋紧寰椎提拉螺钉的螺母后寰枢椎自行复位，术中透视显示复位满意；钉尾横连均一次成功置入，无须折弯及反复调整，对寰枢椎间的植骨空间亦无影响。术后X线片、CT复查显示内固定位置良好，寰枢椎脱位复位满意；2例ASIA分级D级者均恢复至E级。典型病例见图6。

4　讨论

4.1寰枢椎后路钉棒固定技术的优势

在寰枢钉棒固定技术出现之前，由于Magerl经侧块关节螺钉具有良好的抗屈伸、抗侧屈及最佳的抗旋转性能[10-11]，固定效果优于Gallie钢丝、Brooks钢丝、Halifax椎板夹以及Apofix椎板钩等固定方法，因此被视为寰枢椎后路的金标准技术。但是，该技术也存在较多的弊端[5]，如：①钉道准备前要求寰枢椎必须解剖复位；②钉道上斜角度过大，需要长达T1的切口或在T1水平另作切口，颈椎后凸以及短颈、肥胖患者可能无法完成此类手术；③需要反复进行正侧位X线透视，加大了医患受辐射损害的风险；④研究表明，对枢椎横突孔过大病例进行Magerl螺钉置入，超过20%的患者可能出现椎动脉损伤[12]，故对此类患者无法施行Magerl螺钉固定。

寰枢椎后路钉棒固定具有与Magerl螺钉固定相当的生物力学稳定性[10,13]，同时还克服了Magerl螺钉技术的上述不足，其优势体现在：①寰椎和枢椎单独置钉，术前不要求寰枢椎解剖复位，术中还可通过钉棒提拉，促进寰枢椎复位。②进钉角度小，无论是颈椎后凸还是短颈、肥胖患者，均可成功置钉。③可在直视下进行，不需要X线反复透视。④寰椎和枢椎可根据患者的个体解剖情况，分别选择灵活多样的螺钉固定技术。当寰椎后弓解剖高度不够、不适合寰椎椎弓根螺钉固定时，可选用寰椎部分经椎弓根螺钉、寰椎侧块螺钉固定[14-15]；当枢椎横突孔过大不适合行枢椎椎弓根螺钉固定时，可选用枢椎椎板螺钉、枢椎侧块螺钉、C2/3经关节螺钉固定等[10,16-17]；寰椎和枢椎的左右两侧也均可选择不同的螺钉固定技术，通过不同螺钉固定技术的灵活组合实现寰枢椎的钉棒固定[17]。上述优势使得寰枢椎脱位的复位和固定效果以及人群适用范围得以明显提高，钉棒固定也因此被视为新的金标准固定术式，成为寰枢椎后路的首选固定技术。

4.2寰枢椎后路专用钉棒固定器械的研制

与下颈椎手术相比，寰枢椎手术有其特殊性。首先，该部位解剖结构独特，寰椎椎弓与枢椎椎板之间无骨性结构覆盖，误操作易损伤脊髓；寰枢椎解剖变异多，寰椎后弓窄小时置钉困难。其次，该区域手术位置深在，操作空间狭小，辅助器械和工具应用困难；脱位程度及复位难易程度不一，术中往往需要反复弯棒以调节复位能力和改善复位情况。目前国内外用于寰枢椎脱位的后路钉棒固定器械均为颈椎后路通用的固定系统，并非为寰枢椎单独设计，不能满足寰枢椎手术的独特需求，因此迫切需要研制专用的寰枢椎后路钉棒固定器械。

4.2.1寰椎提拉螺钉 在应用寰枢椎钉棒固定系统的过程中，若寰枢椎复位良好，钉棒固定的作用是牢靠固定；而当牵引复位欠佳时，钉棒固定系统则具有类似于复位腰椎滑脱的作用，在固定的同时协助复位。腰椎滑脱手术器械中均设计有长臂螺钉作为提拉螺钉，便于复位操作。而当寰枢椎发生脱位时，寰椎同样向前滑移，造成寰椎螺钉和枢椎螺钉的钉槽不在同一冠状面上，需要借助钉棒提拉才能实现复位。然而，现有颈椎后路器械的螺钉均为短臂多轴螺钉，上棒操作非常困难，尤其是对于寰椎枢脱位严重病例，往往需要在狭小的空间内使用提钉压棒装置辅助操作。为此，我们设计了寰椎的长臂多轴提拉螺钉，利用逐渐旋紧螺母完成寰椎的提拉复位和锁紧固定棒，简化了上棒和复位操作。

4.2.2枢椎支点螺钉 利用钉棒提拉复位寰枢椎脱位时，作为复位的支点，枢椎螺钉与寰椎螺钉的高度差决定了钉棒系统的复位能力。为了增强复位功能，我们设计了枢椎支点螺钉，即将枢椎螺钉的钉槽底部加高，通过增加复位的支点高度，提高提拉复位的能力。设计有垫高2 mm和4 mm两种尺寸，脱位严重的病例可选用钉槽加高4 mm的支点螺钉。枢椎支点螺钉还设计有单轴和多轴两种规格。使用多轴螺钉时，上紧螺母过程中其钉槽的方向沿固定棒的弧度发生改变，钉尾向寰椎侧（头侧）倾斜，以往为了改善复位情况，通常需要加大棒的预弯弧度来弥补钉槽的方向变化。而我们设计的单轴螺钉其钉槽方向不会象多轴螺钉那样发生改变，固定棒必须顺应钉槽的方向，因此，当需要较强的复位能力时，可采用单轴的支点加高螺钉。临床上可根据需要选择单轴或多轴的枢椎支点螺钉，我们更倾向于推荐枢椎支点螺钉使用单轴螺钉，一般采用钉槽加高2 mm的螺钉即可。

4.2.3自动防旋固定棒 传统后路钉棒系统中的固定棒均为圆柱形，截面为圆形，在下颈椎、腰椎、胸椎固定时，可使用持棒钳维持和固定棒的方向。但寰枢椎空间狭小，脊髓无骨性结构保护，为了提高复位功能，固定棒的预弯曲度通常较大，术中螺母拧紧过程中常常出现棒的旋转，使用上述辅助器械存在遮挡和把持不稳的情况，术中往往需要反复多次调节，很可能造成脊髓的骚扰和意外损伤。我们将固定棒的一端设计为椭圆形，当椭圆部分置入枢椎螺钉的钉槽内并拧紧螺母时，棒的方向便已确定，不需要辅助器械的把持，大大方便了上述操作，也提高了操作的安全性；棒的另一端仍为圆柱形，由于寰椎螺钉和枢椎螺钉距中线的距离不同，寰枢椎钉棒固定完成时呈倒梯形而非矩形，圆柱形设计使固定棒易于置入寰椎螺钉的钉槽之中，并可自动贴附、吻合。除寰枢椎外，这一防旋固定棒的设计也可应用于下颈椎、胸椎和腰椎后路钉棒固定。

4.2.4钉尾横连 对于钉棒固定，横向连接装置可以增加内固定系统的生物力学稳定性[18-19]，因此在胸腰椎后路钉棒固定时广泛采用。寰枢椎的旋转功能约占整个颈椎的一半，要求内固定系统必须具有最佳的抗旋转功能，因此横连固定就显得更为必要，尤其是对于合并有旋转脱位的患者。然而，寰椎螺钉的进钉点较枢椎螺钉偏外，故寰枢椎钉棒固定完成后呈倒梯形而非矩形，加之为了促进复位，固定棒都有一定的预弯曲度，造成传统的棒上横连无论其连接处是钩状还是夹持形，都难以顺利妥当放置；此外，横连位于寰椎螺钉与枢椎螺钉之间的棒上，占据了寰枢椎之间本就狭小的植骨空间，其所处位置的前方深处又恰好是无骨性结构覆盖的脊髓，不允许出现误操作。因此临床上因置放困难及存在的潜在风险，寰枢椎后路钉棒固定往往放弃安放横连。我们将横连设计为钉尾螺母连接，仅选取合适长度的规格即可，置放简单，锁紧可靠，既最大限度地避免了反复调整可能造成的失误操作，同时又对植骨空间无任何影响。

4.2.5锥形螺纹丝锥 对于寰枢椎后路的钉棒固定而言，寰椎螺钉的成功置入相对困难，一是进钉点定位困难，这一问题在前期的国内外相关研究中已得到解决[14-16]；二是寰椎椎弓根的钉道准备和螺钉的拧入困难，尤其是进钉点处的寰椎后弓高度过小时，即便钉道在手钻开路时准备顺利，丝锥攻丝过程中或螺钉拧入过程中也容易出现下壁骨质的劈裂，导致丝锥或螺钉向下方滑出，难以进入之前的正确钉道，术中往往需要反复多次调整方能准确拧入螺钉，不仅耗时费力，而且存在损伤静脉丛和脊髓的风险。为此，我们将丝锥和螺钉的螺纹均设计成锥形螺纹，丝锥和螺钉的前端直径变小，便于自行进入正确的钉道，增加了手术的便利性和安全性。

通过初步的临床应用，我们发现新研制的寰枢椎后路专用钉棒固定器械彻底克服了传统器械固定棒易旋转、螺钉易偏离正确钉道、短臂螺钉导致固定棒置入困难等不足，不仅提高了手术的安全性，便于操作，而且还通过钉槽加高的枢椎支点螺钉设计，提高了既有钉棒系统的提拉复位能力，优势明显。但初步应用样本量较少，随访时间尚短，还有待于积累样本量、观察长期随访结果并改进完善后推广应用。

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（本文编辑：白朝晖）

Design and preliminary clinical application of specified posterior atlantoaxial screw rod fixation instruments

MA Xiangyang,YANG Jincheng,ZOU Xiaobao,CHEN Shujin,YANG Min,WANG Binbin,QIU Feng,XIA Hong,YIN Qingshui.Department of spinal surgery,Orthopaedics Hospital,Guangzhou General Hospital of Guangzhou Military Command,Institute of Traumatic Orthopaedics of PLA,Key Laboratory of Trauma&Tissue Repair of Tropical Area of PLA,Guangzhou,Guangdong 510010,China

Objective To design screw rod internal fixation instruments specially used for posterior atlantoaxial surgery,and to observe its preliminary clinical applications.Methods In view of the shortcomings of current posterior cervical screw rod fixation system for atlantoaxial dislocation during the clinical practice,a set of new specified posterior atlantoaxial screw rod fixation system was designed,including C1 reduction screw,C2 fulcrum screw,automatic anti-rotation fixation rod,transverse-link of screw tail as well as other matchedinstallation instruments such as cone-shaped screw tap.Six patients performed posterior atlantoaxial screw rod fixation with this new-type system under intratracheal general anesthesia,and the applications were observed.

Results All 6 patients underwent the operations successfully,including 3 cases of fixation without bone graft fusion and 3 of fixation with bone graft fusion.The average operative time was 95 min(60-150 min),and the average intraoperative estimate blood loss was 50 mL(30-80 mL).No spinal cord or vertebral artery injuries were found during the operation.Screw,fixation rod and transverse-link of this new fixation system were installed in place at one go,with no repeated adjustments or assistance by additional tools.Postoperative X-ray, CT and MRI results showed a satisfied reduction and decompression.Conclusion The specified posterior atlantoaxial screw rod fixation system is a novel and creative device,not only simplify the operation procedure, but also has a satisfactory preliminary clinical effects and excellent application prospect.

Atlanto-axial joint;Dislocations;Joint instability;Arthrodesis;Internal fixators;Screw rod fixation system

R684.7，R687.32

A

1674-666X(2016)05-261-08

10.3969/j.issn.1674-666X.2016.05.001

广东省科技计划项目（2015B020233013)

510010广州军区广州总医院骨科医院脊柱外科全军创伤骨科研究所全军热区创伤救治与组织修复重点实验室

E-mail：maxy1001@126.com

（2016-07-02；

2016-08-13）