CT测量成人寰枢椎后方部分结构数据设计寰枢椎板间融合器

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2933

中国组织工程研究 ›› 2020, Vol. 24 ›› Issue (36): 5837-5842.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2933

• 骨与关节图像与影像 bone and joint imaging • 上一篇下一篇

CT测量成人寰枢椎后方部分结构数据设计寰枢椎板间融合器

邹小宝1，2，马向阳1，2，王宾宾2，杨浩志2，葛苏2，陈育岳2，张双2，倪菱2，夏虹2，吴增晖2

1南方医科大学第一临床医学院，广东省广州市 510515；2中国人民解放军南部战区总医院骨科医院脊柱外科，广东省广州市 510010

收稿日期:2020-02-17 修回日期:2020-03-02 接受日期:2020-03-24 出版日期:2020-12-28 发布日期:2020-10-27
通讯作者: 马向阳，教授，主任医师，博士后，博士生导师，中国人民解放军南部战区总医院骨科医院脊柱外科，广东省广州市 510010
作者简介:邹小宝，男，1990年生，南方医科大学在读博士，主要从事脊柱外科相关疾病的临床与实验研究。
基金资助:
广东省省级科技计划项目(2015B020233013)；广州市科技计划项目(201803010046)

CT measurement of posterior part of atlantoaxial anatomical structures and design of atlantoaxial interlaminar fusion cage

Zou Xiaobao1, 2, Ma Xiangyang1, 2, Wang Binbin2, Yang Haozhi2, Ge Su2, Chen Yuyue2, Zhang Shuang2, Ni Ling2, Xia Hong2, #br# Wu Zenghui2#br#

1The First School of Clinical Medicine, Southern Medical University, Guangzhou 510515, Guangdong Province, China; 2Department of Spine Surgery, Orthopedics Hospital, General Hospital of Southern Theatre Command of Chinese PLA, Guangzhou 510010, Guangdong Province, China

Received:2020-02-17 Revised:2020-03-02 Accepted:2020-03-24 Online:2020-12-28 Published:2020-10-27
Contact: Ma Xiangyang, Professor, Chief physician, MD, Doctoral supervisor, The First School of Clinical Medicine, Southern Medical University, Guangzhou 510515, Guangdong Province, China; Department of Spine Surgery, Orthopedics Hospital, General Hospital of Southern Theatre Command of Chinese PLA, Guangzhou 510010, Guangdong Province, China
About author:Zou Xiaobao, Doctoral candidate, The First School of Clinical Medicine, Southern Medical University, Guangzhou 510515, Guangdong Province, China; Department of Spine Surgery, Orthopedics Hospital, General Hospital of Southern Theatre Command of Chinese PLA, Guangzhou 510010, Guangdong Province, China
Supported by:
the Science and Technology Planning Project of Guangdong Province, No. 2015B020233013; the Guangzhou Municipal Science and Technology Project, No. 201803010046

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

寰枢椎脱位：可分为可复性、难复性和不可复性脱位3种类型，其可导致C_1/2水平脊髓压迫而造成神经功能障碍症状，临床上多需要进行手术治疗，后路钉棒固定融合术是最常用的手术方式。

寰枢椎板间融合器：与寰枢椎侧块关节融合器不同，其直接固定在寰椎后弓与枢椎椎板骨面上，是一种新型融合器，此融合器可配合广泛使用的后路钉棒内固定手术，置入简便，增加植骨与寰椎后弓及枢椎椎板骨面的接触应力，促进骨性融合。

背景：寰枢椎融合器一直以侧块关节融合器为研究热点，但其置入操作风险过大，目前临床上一直缺乏可广泛应用的寰枢椎融合器。

目的：探究成人后路寰枢椎板间融合器的CT影像解剖学可行性并给出初步设计。

方法：对100例成人(男50例，女50例)寰枢椎CT三维成像进行测量，测量指标包括寰椎单侧后弓长度、寰椎后弓厚度、枢椎单侧椎板长度、枢椎椎板厚度、寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离，分析寰枢椎后方部分结构的CT测量数据并设计寰枢椎板间融合器。

结果与结论：①男、女性的寰椎单侧后弓长度分别为(23.41±1.48) mm和(22.23±1.25) mm，寰椎后弓厚度分别为(6.00±0.96) mm和(5.28±0.78) mm，枢椎单侧椎板长度分别为(18.54±2.23 )mm和(17.31±0.91) mm，枢椎椎板厚度分别为(5.12±1.31) mm和(4.98±1.26) mm，寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离分别为(32.63±2.76) mm和(31.39±4.04) mm；②不同性别的双侧测量数据差异无显著性意义(P > 0.05)；男性的寰椎单侧后弓长度、寰椎后弓厚度、枢椎单侧椎板长度大于女性，差异有显著性意义(P < 0.05)；男性与女性的枢椎椎板厚度、椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离差异无显著性意义(P > 0.05)；③寰枢椎后方部分结构的CT测量结果提示寰枢椎板间融合器是可行的；④寰枢椎板间融合器初步设计成功，并获得国家专利；⑤提示寰枢椎板间融合器具有应用可行性，可用于寰枢椎后路钉棒固定融合过程中，提升寰枢椎间的植骨融合率。

ORCID: 0000-0002-2101-1900(邹小宝)

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

关键词: 寰枢关节, 椎板间融合器, 后路, 固定, 融合, 钉棒系统, CT, 影像, 解剖学

Abstract:

BACKGROUND: Atlantoaxial lateral mass joint fusion cage has always been a focus of research, but its implant operation is too risky. At present, there is no widely used atlantoaxial fusion cage.

OBJECTIVE: To investigate the anatomical feasibility of CT image and preliminary design of posterior atlantoaxial interlaminar fusion cage in adults.

METHODS: Measurement of atlantoaxial three-dimensional CT of 100 adult cases (50 males and 50 females) was performed, including C₁unilateral posterior arch length, C₁ posterior arch width, C₂ unilateral lamin length, C₂ lamina thickness and the distance of C₁ posterior arch higher edge to C₂ lamin lower edge. CT measurement data of posterior part of atlantoaxial structure were analyzed, and atlantoaxial interlaminar fusion cage was designed.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The C₁ unilateral posterior arch length of man and woman was (23.41±1.48) mm and (22.23±1.25) mm respectively, and the C1 posterior arch width was (6.00±0.96) mm and (5.28±0.78) mm respectively, and the C₂ unilateral lamin length was (18.54±2.23) mm and (17.31±0.91) mm respectively, and the C₂ lamina thickness was (5.12±1.31) mm and (4.98±1.26) mm, respectively. The distance of C₁ posterior arch higher edge to C₂ lamin lower edge was (32.63±2.76) mm and (31.39±4.04) mm, respectively. (2) There were no statistically significant differences in the bilateral measurement data of different genders (P > 0.05). The C₁ unilateral posterior arch length, C₁ posterior arch width and C₂ unilateral lamin length in men were larger than those in women, and the differences were statistically significant (P < 0.05). There were no statistically significant differences in the C₂ lamina thickness and the distance of C₁ posterior arch higher edge to C₂ lamin lower edge of different genders (P > 0.05). (3) CT measurement data suggested that atlantoaxial interlaminar fusion cage is feasible. (4) Preliminary design of atlantoaxial interlaminar fusion cage was successful, and obtained the national patent. (5) It is suggested that atlantoaxial interlaminar fusion cage has application feasibility and can be used in posterior atlantoaxial screw-rod fixation and fusion to improve the fusion rate of bone graft.

Key words: atlantoaxial joint, atlantoaxial interlaminar fusion cage, posterior, fixation, fusion, screw-rod system, CT, image, anatomy

中图分类号:

邹小宝, 马向阳, 王宾宾, 杨浩志, 葛苏, 陈育岳, 张双, 倪菱, 夏虹, 吴增晖. CT测量成人寰枢椎后方部分结构数据设计寰枢椎板间融合器[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(36): 5837-5842.

Zou Xiaobao, Ma Xiangyang, Wang Binbin, Yang Haozhi, Ge Su, Chen Yuyue, Zhang Shuang, Ni Ling, Xia Hong, Wu Zenghui. CT measurement of posterior part of atlantoaxial anatomical structures and design of atlantoaxial interlaminar fusion cage[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2020, 24(36): 5837-5842.

图/表（结果） 5

1.5 主要观察指标 ①寰椎单侧后弓长度(寰椎一侧椎弓根螺钉进钉点到后结节的距离)；②寰椎后弓厚度(轴位垂直距离)；③枢椎单侧椎板长度(一椎弓根螺钉进钉点至椎板螺钉进钉点的距离)；④枢椎椎板厚度(轴位垂直距离)；⑤寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离。测量方法见图1所示。

2.1 CT测量结果 100例患者左右两侧寰椎单侧后弓长度、寰椎后弓厚度、枢椎单侧椎板长度、枢椎椎板厚度、寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离相比较，差异均无显著性意义(P均> 0.05)，见表1。

将男性、女性左右两侧寰枢椎测量数据合并后进行男性与女性比较。男、女性的寰椎单侧后弓长度、寰椎后弓厚度、枢椎单侧椎板长度相比，差异均有显著性意义(P均< 0.05)，但男、女性的寰椎单侧后弓长度及枢椎单侧椎板长度数值相差不超过1.5 mm，寰椎后弓厚度数值相差不超过1.0 mm；男、女性的枢椎椎板厚度、寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘距离相比，差异均无显著性意义(P均> 0.05)，见表2。

男性及女性的CT测量结果分析见表3。

2.2 寰枢椎板间融合器的设计寰枢椎板间融合器初步形状设计为半中空矩形，两侧壁厚度为1.5 mm，下壁厚度为1.0 mm，3个壁上有直径为1.0 mm的圆孔。融合器高度为5.5 mm，宽为14.0 mm，两端向两侧突出；突出部分上设计有4个微型钛钉孔，直径为1.5 mm；中部空槽宽 7.0 mm，空槽两端为半圆形空缺，直径为7.0 mm；融合器的长度30 mm。微型钛钉直径为1.5 mm，长度为5 mm。具体见图2。

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引言

材料方法

讨论

3.1 寰枢椎融合器的研究现状寰枢椎融合器以侧块关节融合器的研究最为广泛、深入。在寰枢椎前路手术中是经口咽入路置入侧块关节融合器^[4-6^，^18]，再配合寰枢椎前路钢板固定或者后路钉棒系统内固定，但因经口咽手术的技术难度及风险较高，且切口感染率约为2%，肺部感染率高达16%，甚至可导致死亡^[19-22]，这也使得前路侧块关节融合器的应用受到限制。2005年GOLE等^[23]首次报道了在临床中应用后路寰枢椎侧块关节融合器，虽临床效果满意，植骨融合率高，但研究中也指出了经后路侧块关节间融合器的植入具有一定的手术难度，手术风险较高，置入操作需谨慎仔细。李胜华等^[24]对后路侧块关节融合器植入的解剖学进行了研究，研究表明，因静脉丛及C₂神经后支及其伴行血管阻挡，使得侧块关节融合器的置入难度极大，强行剥离置入融合器，损伤血管可能导致难以控制的出血，而若切断C₂神经根可导致术后枕区麻木症状，可能影响患者术后的生活质量。也有学者在寰枢椎后路手术中尝试了置于正中寰椎后弓与枢椎棘突椎板之间的融合器形式，虽取得了良好的临床疗效^[25-27]，但其置入位置极度靠近脊髓且置入操作难以把控，同时需要应用钢丝穿过寰椎后弓及穿透枢椎椎板固定融合器，故造成脊髓损伤的风险极大。如何设计一种可配合广泛使用的后路钉棒内固定系统使用，同时具有置入简便、安全可靠的寰枢椎融合器，是目前急待解决的问题。

3.2 寰枢椎板间融合器的设计概念及可行性所谓“寰枢椎板间融合器”即连接寰椎后弓与枢椎椎板的桥梁，由于寰枢椎后部结构的特殊性，其无法像传统脊柱椎间融合器可挤压在上下2个骨面之间，所以此次研究设计利用微型钛钉固定装置将寰枢椎板间融合器固定在寰椎后弓和枢椎椎板骨面上。然后将自体骨粒植于此融合器中，不仅可将自体骨集中，同时对自体骨有一定的应力挤压的作用，使得所植自体骨与寰枢椎骨面间的接触更加紧密，理论上能增加植骨融合率，减少达到骨性融合所需的时间。

此次研究从CT影像学进行寰枢椎后方部分结构的解剖测量，并根据测得结果分析寰枢椎板间融合器的可行性。

对于寰枢椎板间融合器放置位置的可行性问题，在寰椎后弓上，由于实际术中需置入寰椎椎弓根螺钉或侧块螺钉，故融合器在寰椎后弓上放置接触的空间只有螺钉内侧到寰椎后结节之间。在枢椎椎板上，为了适应所有的枢椎置钉方案，融合器放置接触位置预设在枢椎椎弓根螺钉与枢椎椎板螺钉两者之间，而融合器上下接触范围为寰椎后弓上缘至枢椎椎板下缘。经过此次研究的影像解剖学测量，所有患者左右两侧的测量结果差异无显著性意义，即正常成人两侧解剖结构参数基本相同。虽然男、女性的寰椎单侧后弓长度、枢椎单侧椎板长度测量结果存在差异性，但差值不超过1.5 mm。此次研究中96%的男性寰椎单侧后弓长度大于20.0 mm，98%的女性寰椎单侧后弓长度大于20.0 mm，96%的男性枢椎单侧椎板长度大于15.00 mm，86%的女性枢椎单侧椎板长度大于15.0 mm。综合考虑以上寰枢椎后部影像解剖学的测量结果及螺钉尾部的占用范围，设计可适应上下接触空间的、具有一定宽度的融合器是可行的。寰椎后弓上缘到枢椎椎板下缘的距离男性为32.63 mm，女性为31.39 mm，不同性别间无差异，寰枢椎板间融合器有足够长度的放置空间，具有可行性。后期寰枢椎板间融合器的设计可多规格化，设计不同宽度及长度规格的融合器，同时可根据手术前影像学测量及术中实际患者寰枢椎后部结构的情况，选择合适规格的融合器。

寰枢椎侧块关节融合器因其置于关节内，上下关节面可对其挤压，再联合前路或者后路内固定即可，无需对融合器单独进行固定。但寰枢椎板间融合器是置于寰椎后弓和枢椎椎板骨面上，无上下骨面的挤压，故需对其进行单独的固定，才能保证其位置的稳定。对于寰枢椎板间融合器固定可行性问题，此次研究预想用微型钛钉将融合器固定在寰椎后弓和枢椎椎板骨面上。经过影像解剖学测量，男、女性的寰椎后弓厚度存在差异，但相差不超过1.0 mm，而枢椎椎板厚度无差异性。此次研究中，84%的男性寰椎后弓厚度大于5.0 mm，70%的女性寰椎后弓厚度大于 5.0 mm，与王宾宾等^[28]、KELLY等^[29]测量报道结果差别不大；60%的男性枢椎椎板厚度大于5.0 mm，44%的女性枢椎椎板厚度大于5.0 mm，与MA等^[30]研究结果基本一致。可见寰椎后弓及枢椎椎板都具有一定可固定的厚度，微型钛钉置入固定是可行的，但由于寰枢后弓及枢椎椎板下方为脊髓，长度过大的微型钛钉置入有损伤脊髓的风险，临床实际工作中可根据手术前的测量以及手术中实际操作过程的探测选择合适长度的微型钛钉进行固定，避免因钛钉穿破寰椎后弓及枢椎椎板内侧皮质而造成的脊髓损伤。
3.3 寰枢椎板间融合器的设计特点目前，临床上应用的脊柱融合器均为椎间融合器，融合器的主要应用目的为：①支撑并维持手术后的椎间隙高度，维持脊柱的生理曲度，达到撑开-压缩张力带效应，维持椎管及椎间孔容积以防止脊髓及神经根受压；②提高椎体间的融合效率，使术后复位的椎体状态及椎间隙高度达到最终稳定，避免症状复发^[3]。但由于寰枢结构的特殊性，无法使用常规椎间融合器。寰枢椎侧块关节融合器与椎间融合器相似，其虽具有支撑作用，但因手术难度及风险的顾虑，无法广泛地在临床上应用。此次研究设计的后路寰枢椎板间融合器是直接放置于寰椎后弓及枢椎椎板骨面上，其虽不具有椎间支撑的作用，但此融合器可连接寰椎后弓与枢椎椎板，且在左右两侧可同时放置2个融合器，同时能够配合后路钉棒内固定系统使用，增加植骨与寰枢椎的接触集中性及应力，促进寰枢椎间融合“骨桥”的形成。

此次研究将寰枢椎板间融合器设计为半中空矩形结构，中部空槽用于植骨，所植自体松质骨粒可通过上下端的缺如处与寰椎后弓和枢椎椎板接触(图2C)，术中可利用植骨工具挤压空槽中所植骨粒，使之与寰椎后弓和枢椎椎板的接触更加紧密。临床上，以往在植骨前需使用磨钻打磨寰椎后弓及枢椎椎板的皮质骨，以期能够获得更好的植骨融合，此融合器在使用时，并不需要大面积打磨，只需要在融合器固定后，使用磨钻通过上下两端的缺如处打磨骨皮质即可，随后即可将松质骨粒置入空槽内与寰椎后弓和枢椎椎板接触。目前，临床中多是取患者自体髂骨进行寰枢椎植骨融合，寰枢椎后方空间较大，以往均是在寰椎后弓及枢椎椎板的骨面上平铺骨粒，为了增加植骨融合率，常需大量的自体骨，较大取骨量对患者造成的损伤也较大，术后患者因髂骨疼痛，而导致生活不便。寰枢椎板间融合器可有效集中植骨，取自体骨量足够填充融合器即可，无需大量取自体骨，可减少对患者的手术创伤。寰枢椎板间融合器的上下两端两侧设计有微型钛钉固定孔，可利用微型钛钉将融合器固定于寰椎后弓和枢椎椎板上，以防止融合器的松动、移位，此固定方式简单，且在一定程度上可能起到固定寰枢椎的作用，增加了寰枢椎的稳定性，但仍需后续的进一步生物力学研究。

总之，成人寰枢椎后方部分结构的CT测量研究结果表明寰枢椎板间融合器是可行的，寰枢椎板间融合器的初步设计成功，较好地结合了寰枢椎后方结构的解剖特点，理论上寰枢椎板间融合器可增加所植入自体骨的集中性及与寰枢椎的接触应力，以提高植骨融合率，且具有置入操作简单的优点，但其固定的生物力学稳定性、融合性问题需进一步探讨分析。

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

CT测量成人寰枢椎后方部分结构数据设计寰枢椎板间融合器

CT measurement of posterior part of atlantoaxial anatomical structures and design of atlantoaxial interlaminar fusion cage

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