寰椎前路锁定加压钢板的设计

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1103

中国组织工程研究 ›› 2019, Vol. 23 ›› Issue (12): 1824-1828.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.1103

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寰椎前路锁定加压钢板的设计

李小峰¹，谢富荣¹，占龙²，杨渊³

¹广西骨伤医院脊柱科，广西壮族自治区南宁市 530012；²广西中医药大学研究生院，广西壮族自治区南宁市 530000；³广西医科大学附属琅东医院骨科，广西壮族自治区南宁市 530000

出版日期:2019-04-28 发布日期:2019-04-28
通讯作者: 杨渊，主任医师，教授，广西医科大学附属琅东医院骨科，广西壮族自治区南宁市 530000
作者简介:李小峰，男，1984年生，硕士，主治医师，主要从事脊柱相关疾病的临床与实验研究。
基金资助:
广西卫生厅重点资助项目(重20120206)，项目负责人：杨渊；广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻 1355005-6-4)，项目负责人：杨渊

Design of locking compression plate through transoral approach

Li Xiaofeng¹, Xie Furong¹, Zhan Long², Yang Yuan³

¹Department of Spinal Surgery, Guangxi Orthopedic and Traumatology Hospital, Nanning 530012, Guangxi Zhuang Autonomous Region, China; ²Graduate School, Guangxi University of Chinese Medicine, Nanning 530000, Guangxi Zhuang Autonomous Region, China; ³Department of Orthopedics, Langdong Hospital of Guangxi Medical University, Nanning 530000, Guangxi Zhuang Autonomous Region, China

Online:2019-04-28 Published:2019-04-28
Contact: Yang Yuan, Chief physician, Professor, Department of Orthopedics, Langdong Hospital of Guangxi Medical University, Nanning 530000, Guangxi Zhuang Autonomous Region, China
About author:Li Xiaofeng, Master, Attending physician, Department of Spinal Surgery, Guangxi Orthopedic and Traumatology Hospital, Nanning 530012, Guangxi Zhuang Autonomous Region, China
Supported by:
the Key Project of Health Department of Guangxi Zhuang Autonomous Region, No. 20120206 (to YY); the Science Research and Technology Development Project of Guangxi Zhuang Autonomous Region, No. 1355005-6-4 (to YY)

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

寰椎单节段固定：近年来随着解剖形态学更深层次的研究，有人尝试进行寰椎单节段固定，如寰椎侧块螺钉固定、寰椎椎弓根螺钉固定、经口咽单节段固定等，既能对寰椎骨折进行很好的复位固定又能保留枕-寰-枢复合体运动功能。

寰椎骨折的稳定性：《CAOS成人急性寰椎骨折循证临床诊疗指南》指出寰椎骨折的治疗选择视骨折的稳定性而定，骨折的稳定性通过张口位X射线、CT、MRI检查进行评估。只有不合并横韧带断裂的后弓骨折或前弓单处骨折可能是稳定性骨折，其余均属于不稳定骨折。

摘要

背景：目前缺乏经口咽入路单节段固定治疗寰椎骨折的内固定钢板。

目的：结合临床实际需求，系统收集寰椎形态学数据，研制寰椎前路锁定加压钢板。

方法：用PACS系统影像工作站及CT自带影像处理工作站，测量96例正常成年人寰椎相关解剖参数，包括寰椎前弓宽度、寰椎前结节高度、侧块长度、寰椎前弓长度、侧块中点高度、寰椎侧块外倾角α、寰椎前弓弧度θ及咽后壁软组织间隙。采用SPSS 18.0统计软件对所得数据进行统计分析，提供可靠的形态学数据，根据解剖数据及临床要求设计寰椎前路锁定加压钢板。

结果与结论：①测得寰椎前弓宽度为(8.85±1.47) mm，寰椎前结节高度为(12.49±2.28) mm，侧块长度为(20.14±1.54) mm，寰椎前弓长度为(39.68±2.29) mm，侧块中点高度为(9.98±1.48) mm，寰椎侧块外倾角α为(13.92±1.90)°，寰椎前弓弧度θ为(147.32±4.53)°，咽后壁软组织间隙为(3.12±0.49) mm；②寰椎前路锁定加压钢板成功设计，并获得国家专利；③提示寰椎前路锁定加压钢板符合寰椎形态学要求，可用于重建寰椎前弓完整性及恢复寰枢椎复合体高度，有效保留上颈椎结构功能。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0003-3988-6681(李小峰)

关键词: 脊柱骨折, 内固定器, 组织工程

Abstract:

BACKGROUND: There is a lack of plate for single-segment fixation through transoral approach to treat atlas fracture.

OBJECTIVE: To develop a locking compression plate through transoral approach based on the clinical practice and anatomical data of atlas.

METHODS: The anatomic parameters of atlas from 96 normal adults were measured with PACS system and CT image system, including width of anterior arch of atlas, height of anterior tubercle of atlas, length of the lateral mass, length of the atlas, middle height of the lateral mass, the extraversion angle of lateral mass of atlas (α), the radian (θ) of anterior arch of atlas, and inter membrane space. The data were statistically analyzed by SPSS 18.0 software in order to design the locking compression plate through transoral approach.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The width of anterior arch of atlas was (8.85±1.47) mm, height of anterior tubercle of atlas was (12.49±2.28) mm, length of the lateral mass was (20.14±1.54) mm, length of the atlas was (39.68±2.29) mm, middle height of the lateral mass was (9.98±1.48) mm, the extraversion angle of lateral mass of atlas (α) was (13.92±1.90)°, the radian (θ) of anterior arch of atlas was (147.32±4.53)° and inter membrane space was (3.12±0.49) mm. (2) The locking compression plate through transoral approach was successfully designed, and obtained national patent. (3) To conclude, the locking compression plate through transoral approach meets the requirement of atlas morphology, not only rebuilds the stability of anterior arch of the atlas, but also restores the height of the atlas complex, and preserves the structure function of the upper atlas effectively.

Key words: Spinal Fractures, Internal Fixators, Tissue Engineering

中图分类号:

R445

李小峰，谢富荣，占龙，杨渊. 寰椎前路锁定加压钢板的设计[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(12): 1824-1828.

Li Xiaofeng, Xie Furong, Zhan Long, Yang Yuan. Design of locking compression plate through transoral approach[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(12): 1824-1828.

图/表（结果） 4

2.1 参与者数量分析 按意向性处理，纳入96例无器质性病变及发育缺陷的成年志愿者进行寰椎相关解剖参数测量，其中男48例，女48例，测量数据全部进入结果分析，无脱落。

2.2 试验流程图 见图1。

2.3 寰椎骨性标本观测指标及结果 寰椎由前弓和后弓以及两侧的侧块和横突构成骨环，前弓呈弧形与侧块前方相连，前弓外侧皮质的弧度约为147.32°，宽度8.85 mm相对较薄，是骨折易发部位，总长度约为39.68 mm，前方正中的隆突称为前结节，高度约为12.49 mm。2个侧块上关节面有2个肾形的关节面，朝向内、上、后方向称为上关节凹，与枕骨髁构成寰枕关节。在上关节凹中部有切迹将其分为前、后两部分。侧块中点高度约为9.98 mm，侧块长度约为20.14 mm，寰椎侧块外倾角13.92°，咽后壁软组织间隙约为3.12 mm。同时测定值经配对资料t 检验显示，差异无显著性意义(P > 0.05)，提示男女之间无明显差异。具体详见表1。

2.4 寰椎前路锁定加压钢板的设计 根据成年志愿者寰椎测量参数设计寰椎前路锁定加压钢板的三维结构见图2。包括横截面和纵截面均为弧形的钢板主体1，钢板主体1为中心薄两端厚结构，钢板主体1分为固定段和位于固定段两侧的加压段，固定段开设有5个螺钉孔连在一起形成的长形孔2，长形孔2内壁设有螺纹7；加压段设有螺钉锁定装置，螺钉锁定装置包括呈凹陷孔结构的加压孔3，加压孔3靠近长形孔2的一侧设有呈凹球面的滑槽6；所述长形孔2和加压孔3均位于钢板主体1的轴中心线上。

钢板主体1的纵截面包括不同圆心的上弧形面4和下弧形面5，上弧形面4的半径大于下弧形面5的半径；长形孔2内使用锁定螺钉，加压孔3内使用加压螺钉；钢板主体1的中心厚度为2 mm，钢板主体1的两端厚度为3 mm。所用钉尾采用淹没技术，加压螺钉直径为2.7 mm，锁定螺钉直径为2.0 mm，见图3。

以上设计已获得国家专利(ZL201420684105.9)。

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引言

材料方法

1.1 设计 测量学试验。

1.2 时间及地点 于2018年3至5月在广西骨伤医院完成。

1.3 对象 选择在广西骨伤医院就诊并接受上颈椎三维重建的96例无器质性病变及发育缺陷的成年志愿者，其中男48例，女48例。试验方案得到医院伦理委员会批准。

1.4 方法

1.4.1 标本采集用PACS系统影像工作站及CT自带影像处理工作站，测量寰椎相关解剖参数，长度精准到 0.01 mm，角度精准到0.01°，每一标本由3人测量，取平均值并记录。

1.4.2 寰椎重要组成部分测量指标寰椎前弓宽度为寰椎最窄处上下缘距离；寰椎前结节高度为寰椎前结节上下边缘高度；侧块长度为侧块中心轴与侧块前后面上两交点间距离；寰椎前弓长度为两侧块外侧缘距离；侧块中点高度为侧块中点之间垂直距离；寰椎侧块外倾角α为侧块中心轴与矢状面夹角；寰椎前弓弧度θ为寰椎前弓外表面弧度；咽后壁软组织间隙为咽后壁软组织前缘到寰椎前结节的距离。

1.4.3 寰椎前路锁定加压钢板的设计钢板材质采用钛合金Ti6Al4V，钢板整体设计为横截面和纵截面均为弧形的钢板主体，钢板主体分为固定段和位于固定段两侧的加压段，采用加压孔设计理念，使螺钉抗拉力加强，增加钢板主体固定的稳定性，使骨折及固定物复合体更加稳固。为了有效避免因寰椎前弓与咽后壁之间空间狭小，容易造成不适的弊端，充分利用寰椎侧块前方组织间隙较大，可以适当增厚增强螺钉把持力，设计使钢板主体中心薄两端厚。为了更好的维持复位、调整固定位置，钢板固定段(中心段)采用多个螺钉孔连在一起形成的长形孔，孔内壁设有螺纹以满足观察骨折断端、协助辅助、牢靠固定的目的。为了有效避免因钉尾突出于钢板造成咽喉壁异物感的可能，螺钉钉尾采用淹没技术，使内固定完成后钢板表面依旧保持光滑。根据寰椎大小不同，设计不同规格，以满足临床需要。

1.5 主要观察指标 测量正常成年人寰椎相关解剖参数，包括寰椎前弓宽度、寰椎前结节高度、侧块长度、寰椎前弓长度、侧块中点高度、寰椎侧块外倾角α、寰椎前弓弧度θ及咽后壁软组织间隙，根据解剖数据及临床要求设计寰椎前路锁定加压钢板。

1.6 统计学分析 对正常成年人寰椎相关解剖参数进行测量，采用SPSS 18.0统计软件对所得数据进行统计分析，就测定值进行性别间配对资料t 检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

3.1 寰椎前路锁定加压钢板设计的数据分析 寰椎前路锁定加压钢板的设计是总结96例无器质性病变及发育缺陷的成年人群寰椎骨性标本的形态学数据，通过统计分析，结合临床实际，总体考虑设计所得。其钢板形态符合寰椎前弓解剖曲度，固定稳定，便于操作，不仅能够提供稳定、可靠的固定，又能满足寰枢关节生理功能需求。前弓外侧皮质的弧度约为147.32°，长度为39.68 mm，其横断面也是一个中间凸两边凹的弧形结构，所以作者所设计的双弧形结构，能够更好的贴合，增加固定的稳定性。前期的临床工作中所用的指掌骨钢板过度塑形容易导致钢板硬度下降，横断面直形涉及导致术中复位后固定时容易出现内规定物的移动，给手术增加难度。同时钢板的边缘容易过度刺激咽后壁，造成术后钢板外漏感染或术后异物感，作者所测得寰椎前软组组织厚度为3.12 mm，与国内其他学者在前期试验中所测结果基本一致^[10]，最小为2.61 mm，前弓高度为8.85 mm，前结节高度12.49 mm，这一结果也与近期其他学者的测量结果基本一致^[11]，寰椎前间隙这一特殊的空间结构对所选用钢板的厚度及高度提出了要求，作者所设计的钢板主体中央厚度为2 mm，钢板高度8- 10 mm，能有效避免因寰椎前弓与咽后壁之间空间狭小而造成不适的弊端；钢板主体的两端厚度为3 mm，有效利用了两侧软组织间隙较宽的生理特性，3 mm不仅不会造成局部不适及固定困难，还可以有效的利用来设计加压装置，增加螺钉把持力，产生内聚力量，促进骨折断端贴合。

既往的临床经验证实寰椎骨折主要发生在前弓前外侧和后弓椎动脉沟处，机制是由于寰椎侧块内低外高的楔形形态使所受的垂直压应力转化为侧向分离力，并在骨质移行区形成薄弱区域而导致。寰椎具有粗大的侧块，不但为术中内固定的放置提供了极大的便利，而且保证了优异的生物力学内固定强度。此次作者所测得侧块中间高度最小为8.85 mm，侧块最小长度18 mm。作者所设计3.0 mm的螺钉完全可以满足临床内固定的需要，已通过生物力学验证。所有的钉孔均采用淹没技术，螺钉拧紧后其尾端淹没于钢板平面，有效避免了以往因螺钉高于钢板表面所引起的并发症。Ruf等^[12]采用经口入路复位并行钢板或钉棒系统固定治疗6例Jefferson骨折合并横韧带撕裂，前3例采用钢板固定，后3例采用钉棒系统固定，钉棒系统固定最大的特点是在螺母拧紧之前通过螺钉之间的压应力便于骨折复位，但钉棒系统连接部暴露在骨质外面远远超过2 mm，一旦咽部软组织水肿较剧就很难覆盖内固定。作者利用加压孔设计达到了通过螺钉之间的压应力促使骨折复位的目的，同时通过钢板的改良与钉孔的优化设计，有效避免了因内固定过高而导致的咽后壁覆盖不良、感染等弊端，有效的解决了临床实际问题。

3.2 寰椎前路锁定加压钢板特点 钢板主体采用弧形设计，弧面满足了寰椎前弓的生物学弧度，同时钢板主体为中心薄、两端厚的结构；钢板主体的中央厚度为2 mm，能有效避免因寰椎前弓与咽后壁之间空间狭小，容易造成不适的弊端；钢板主体的两端厚度为3 mm，因为加压段周围组织间隙较大，3 mm不会造成局部不适及固定困难的局面。利用3 mm的厚度加压孔内设有呈凹球面的滑槽，可增强螺钉的把持力，进一步的确保了骨折断端的贴合，有效避免因骨折对合欠佳造成骨不愈合的可能。钢板主体分为固定段和位于固定段两侧的加压段，固定段由多个螺钉孔连在一起形成的长形孔，孔内壁设有螺纹；加压孔靠近长形孔的一侧设有呈凹球面的滑槽；长形孔和加压孔均位于钢板主体的轴中心线上。加压孔为凹陷孔结构，可以很好的避免螺钉钉尾裸露，不容易引起咽喉壁不适。滑槽采用螺钉锁定装置加强固定的稳定性，同时滑槽可以用来观察骨折的复位情况，及时调整复位。加压孔设计理念，使螺钉抗拉力加强，增加钢板主体固定的稳定性，使骨折及固定物复合体更加稳固。同时加压孔内固定螺钉操作方便，进入角度容易调整，有利于临床应用。长形孔和加压孔内使用的螺钉使用同一型号的螺丝起子，在一定程度上避免了工具使用的复杂性。

3.3 寰椎治疗方法的选择及前路锁定加压钢板的适应证《CAOS成人急性寰椎骨折循证临床诊疗指南》指出寰椎骨折的治疗选择视骨折的稳定性而定，骨折的稳定性通过张口位X射线、CT、MRI检查进行评估。只有不合并横韧带断裂的后弓骨折或前弓单处骨折可能是稳定性骨折，其余均属于不稳定骨折。对于寰椎前弓、后弓、侧块劈裂的骨折选择寰椎单节段复位固定，非手术治疗骨折未愈合或不能行单节段固定的选择寰枢椎固定融合，导致寰枕关节破坏的建议枕颈融合。Dickman等^[13]认为寰椎前1/2骨折即使横韧带未断裂，也同样存在着由于前弓不能束缚齿突前移而引起寰椎向后脱位的可能性；无横韧带断裂的半环骨折，只能防止侧块发生过度的离心性分离移位，而不能控制骨块旋转移位，所以也存在着潜在脱位的可能，应属于不稳定性骨折。所以从相对稳定的寰椎骨折到不伴横韧带断裂的不稳定寰椎骨折再到伴有横韧带断裂的不稳定寰椎骨折，其对稳定结构的破坏是一个逐级加重的趋势；而“稳定”是一个相对的概念^[14]，作者支持这一观点。建议在取得患者同意的前提下可以将手术治疗作为第一选择。总之，对于寰椎骨折临床治疗方法的选择，应根据具体情况，进行合理化选择，以期最优疗效。近年来随着解剖形态学更深层次的研究^[15]，对于单节段固定的研究日益增多，如寰枢椎侧块螺钉固定^[16]、寰枢椎椎弓根螺钉固定^[17]、经口咽单节段固定等^[18-22]。因为前弓骨折占寰椎骨折的绝大部分，经口咽前路手术能够更好地处理前弓骨折^[23-25]。无论头部处于什么位置，应力最大点集中在前弓^[26]，所以在寰椎骨折中对寰椎环的重建显得尤为重要。当对寰椎侧块进行有效复位后，C_0-2间的正常高度得以恢复，间接恢复了C_0-2之间纵向韧带的张力，纵向韧带的张力能够有效维持生理载荷状态下C_0-2的稳定性。如同漂浮在水面上的浮标，随着水位升高，缆绳被拉紧，浮标被固定在水面上，变得不再随波逐流，即浮标理论^[27]。单节段固定恢复了枕寰枢复合体的对位关系，为复合体内除横韧带外的次级稳定结构发挥作用创造条件，颈部肌肉的张力以及后期撕裂关节囊、韧带的瘢痕愈合及再生修复会进一步促进寰枢椎稳定性的维持，故而即使对于伴有横韧带损伤的不稳定寰椎骨折患者也可以采用前路的单节段固定^[28-29]。对于不能行单节段固定的选择寰枢椎固定融合，导致寰枕关节破坏的建议枕颈融合。根据作者的临床经验，结合文献资料，寰椎前路锁定加压钢板的应用范围可概括为：不稳定性寰椎前弓骨折、前弓骨折不愈合，侧块骨折、孤立性寰椎后弓骨折、前弓发育不良造成上颈椎失稳或寰椎前弓肿瘤需要重建寰椎前弓者。手术禁忌证为：口腔炎、牙周炎及扁桃体炎、舌体肥大导致口腔空间小、全身情况差不能耐受手术者，不能满足麻醉要求者。

但寰椎前路锁定加压钢板目前尚未应用到临床，所以需要的大量的临床病例数据去求证、改进。同时，在临床实践中，大多数寰椎骨折患者，在内固定术后鲜有将内固定取出者，缘于二次手术风险较大。但是内固定物长期存在于体内，存在内固定电解、感染、黏膜破溃等一系列的并发症。所以能否结合目前的3D打印技术，通过材料改良，彻底改善二次手术所面临的困境，这将是未来的研究目标之一。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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