第一章一种新型L5椎弓根螺钉进钉点的选择腰椎后路椎弓根螺钉固定常用于退行性疾病、畸形、创伤、肿瘤等病变导致的脊椎不稳定,是目前腰骶脊柱固定的主要方法。根据相关研究,主要进钉方法有Roy-Camille法,Magerl法,人字嵴顶点法(Du法),Louis法,Weinstein法,Krag法等。目前临床最常用的是Magerl法和人字嵴顶点法。Magerl法以横突的中轴线与椎体上关节突外缘垂线的交点作为进钉点。人字嵴顶点法是以人字嵴顶点作为进钉点,杜心如将其描述为“人”字型的顶点。在中国,大多数的脊柱外科医生选择以人字嵴顶点作为进钉点,已广泛用于L1-L4的置钉。但是,对于L5,这两种方法是不够理想的。腰椎从L1-L5,两侧椎弓根与中线的距离逐渐增大,在手术中,L5进钉点的暴露是相对最为困难的。虽然1968年WiItse首先提出了椎旁肌间隙入路,但下腰段多裂肌较强壮,在缺乏专业操作器械的情况下,暴露仍比较困难。正中手术切口仍是目前最常用的。在采用正中切口进行手术时,Magerl法需要暴露至横突根部；人字嵴顶点法只需暴露人字嵴,但人字嵴在L5有19%的变异,局部变浅,显示不清,往往需扩大显露范围,通过横突、关节突等结构明确进钉点；对于腰椎滑脱的患者,椎体、椎弓根、横突和上关节突一同向前移位,若采用Magerl或人字嵴顶点法,常常会因为解剖位置过深,视野受限,而不能精确定位进钉点：而且,由于位置较深,手术中的提拉操作不易;螺钉把持力不足,常需使用骨水泥；一些骨质疏松的老年女性则可能在提拉时发生峡部断裂。为解决以上问题,我们提出了一种基于新型L5进钉点的椎弓根螺钉置钉技术。进钉点位于上关节突纵向中线的中、下1/3点。本研究目的是验证新进钉点的安全性及准确性；并通过生物力学将其与传统方法进行对比,评估新进钉方法的固定强度。该研究分为下面三个部分：1.基于CT三维重建影像的解剖研究,2.应用新型L5进钉点的临床研究,3.经新型L5进钉点置钉与传统方法的生物力学对比研究。1.基于CT三维重建影像的解剖研究目的本研究旨在介绍和评价基于新进钉点的L5椎弓根螺钉徒手技术的安全性。方法使用计算机辅助断层扫描(CT)三维重建30个中国成年志愿者的腰椎椎体。在三维重建图像上模拟L5椎弓根螺钉的插入。在三维重建图像上标记进钉点,并测量进钉点到椎弓根轴线的直线距离,以协助评估安全性。椎体上终板和L5-S1棘突后缘连线的角度关系；在水平面上将模拟螺钉分别切向椎弓根内、外侧壁的皮质,用CT测量水平面的安全角度。在操作过程中,我们选择以腰5椎体上关节突纵向中线的中、下1/3点作为新起点。结果进钉点到椎弓根轴线的距离的均值是4.67mm (4.67±0.31mm,3.81 mm-5.27 mm)。与椎弓根内侧壁相切时的横截面角平均为20.84°(20.84±7.22°,6.26°-35.90°)。与椎弓根外侧壁相切时的横截面角平均为10.22° (10.22±7.02°,0.00°-22.45°)。水平面安全角度的均值为10.62°(10.62±2.54°,1.99°-23.71°)。与先前的研究结果类似(杜心如10.48°,Magerl 14.13°)。结论新型L5进钉点以上关节突为解剖参考,置钉时可借助L5棘突及棘上韧带确定进钉角度；经该点置钉简单而安全。根据测得的水平面安全角度范围,我们将水平面螺钉角度(transverse screw angle, TSA)定为15°。出于安全置钉的考虑,矢状面上,我们选择与传统置钉方法相同的角度：即矢状面螺钉角度(sagital screw angle, SSA)设为0°。2.应用新型L5进钉点的临床研究目的 比较术后CT图像上新型L5进钉点置钉与Magerl法置钉的准确性,为临床应用提供依据。方法2014年5月-2015年9月住院患者共计103人(男性55名,女性48名,年龄范围37-74岁,平均年龄56.8岁)纳入研究。将103人交替分为两组,其中52人手术时采用新型L5进钉点置钉,另外51人采用Magerl法置L5椎弓根螺钉。共计206枚L5螺钉。两组的进钉角度均为：TSA 15°, SSA取0。。矢状面上螺钉与L5棘上韧带保持80。。术后将CT图像上的L5椎弓根螺钉按Louis-Philippe Amiot等提出的分级标准分为1-5级。使用x2检验比较两组之间的准确率。结果 103例患者共有206枚椎弓根螺钉置入L5椎体。未发现神经、血管损伤,术后无需重新定位螺钉。术后CT扫描显示,共有23螺钉穿透椎弓根皮质,新进钉点组7例、Magerl组16例,但是没有神经、血管损伤的并发症。根据Amiot的分级方法,将1级螺钉占该组总数的百分比作为置钉准确率。新进钉点组的准确率为93.3%。Magerl组的准确率为84.3%。两组之间的准确率有显著性差异(x 2=4.164,P=0.041)。结论经新型L5进钉点置钉,能达到比传统方法更好的准确率。3.经新型L5进钉点置钉与传统方法的生物力学对比研究目的 比较新进钉点与传统方法的生物力学测试结果,为临床提供理论依据。方法采用6具经福尔马林溶液处理的人体脊柱L5标本,均为男性,(年龄56-73岁,平均年龄65.8岁)。实验前测量L5骨密度,经X线检查排除先天畸形。左、右两侧椎弓根分别采用新进钉点及Magerl法置钉。置钉时测量最大旋入力矩。然后进行最大轴向拔出力测试。两组的进钉角度均为TSA15°, SSA0°。采用Wilcoxon秩和检验比较两组间的旋入力矩和最大轴向拔出力,采用Pearson相关性分析对骨密度和生物力学检测指标进行相关性分析：检验水准 α=0.05。结果新型L5进钉点最大旋入力矩均值高于Magerl法(163.3±19.8 N·cm vs.98.2 ±10.2 N·cm),差异有统计学意义(Z=-2.201,P=0.028<0.05)。新型L5进钉点的最大轴向拔出力均值高于Magerl法(551.09±74.33N vs.514.68±57.41N),差异有统计学意义(Z=-1.992,P=0.046<0.05)。新型L5进钉点的最大旋入力矩、最大轴向拔出力、骨密度彼此之间高度正相关(r=0.934,P<0.01；r=0.909,P<0.05； r=0.979,P<0.01). Magerl法的最大旋入力矩、最大轴向拔出力、骨密度彼此之间高度正相关(r=0.894,P<0.05；r=0.863,P<0.05；r=0.929,P<0.01)。结论经新型L5进钉点置钉能达到比传统方法更好的固定强度。第二章经新型L5进钉点置钉与腰5皮质骨轨迹技术的生物力学对比研究目前,椎弓根螺钉己广泛用于脊柱疾病的内固定。传统椎弓根螺钉插入路径包括经椎弓根由外侧向内侧的钉道以及横突和关节面侧壁交界处的进钉点。传统椎弓根螺钉固定常导致一些并发症,如皮质受损、脊髓及神经根损伤、深部感染、大血管损伤、硬膜撕裂及脑脊液漏等。经几十年发展与研究,在进钉点及置钉方向等方面不断改进。2009年Santoni等最先报道皮质骨轨迹(Cortical Bone Trajectory, CBT),在该技术中,螺钉保持外倾、头倾的方向置入。Santoni报道,与传统的椎弓根螺钉固定相比,CBT能最大化地与皮质骨接触。虽然CBT技术的临床应用仍处于起步阶段,但已经有一些形态学和生物力学研究表明,与传统椎弓根螺钉相比,CBT具有更好的内固定效果。而我们在临床实践中,也探索出了一种新型的L5置钉方法,进钉点位于L5上关节突纵向中线的中、下1/3点；进钉的角度为TSA 15°, SSA 0° 。在之前的研究中,我们已经证实了新型的L5置钉方法定位方便、安全、准确、牢固。现在,我们通过生物力学测试,进一步地将其与CBT技术进行比较,评估其稳定性。目的比较经新型L5进钉点置钉与CBT技术的生物力学测试结果,评估其稳定性。方法采用10具经福尔马林固定后的人体脊柱L5标本,男性6具,女性4具(年龄52-76岁,平均64岁)。实验前测量L5骨密度,经X线检查排除先天畸形。新型L5置钉点位于上关节突纵向中线的中、下1/3点。置钉方向为：TSA15°, SSA 0°。 CBT组进钉方法是根据Iwatsuki等提出的改良CBT进钉点：椎弓根峡部内侧3mm,侧位片上位于椎间孔上缘。置钉方向为TSA-10°, SSA 25°。置钉时测量最大旋入力矩。然后进行最大轴向拔出力测试。采用Wilcoxon秩和检验比较两组间的旋入力矩和最大轴向拔出力,采用Pearson相关性分析对骨密度和生物力学检测指标进行相关性分析：检验水准α=0.05。结果 新进钉点组最大旋入力矩均值高于CBT组(167.5±20.1N·cm vs. 161.5±15.9N·cm),差异有统计学意义((Z=-1.988,P=0.047<0.05)。新进钉点组的最大轴向拔出力均值高于CBT组(567.84±72.43N vs.530.52±54.44N),差异有统计学意义(Z=-2.395,P=0.017<0.05)。新进钉点组的最大旋入力矩、最大轴向拔出力、骨密度彼此之间高度正相关(r=0.922, P<0.01; r=0.863, P<0.01; r=0.936, P<0.01)。 CBT组的最大旋入力矩、最大轴向拔出力、骨密度彼此之间高度正相关(r=0.946, P<0.01; r=0.839, P<0.01; r=0.816, P<0.01)。结论经新型L5进钉点置钉与CBT螺钉相比,能达到更好的固定强度。