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背景和目的:寰枢椎脱位(AAD)是一种复杂的颅颈交界区疾病,通常由外伤、肿瘤或先天性畸形引起。因其所处位置深,解剖结构复杂,一直是脊柱手术的难点。先天畸形所导致的AAD,通常与颅颈交界区的各种骨骼异常、关节畸形相关。当寰椎枕化存在时,因为存在椎动脉的走行异常导致AAD治疗起来更加困难,医生面临着如何在术中处理或避免椎动脉损伤等问题。同时变异椎动脉可致C2椎弓根狭窄无法正常置钉,这时需要采用不同替代技术完成C2固定。另外,C1侧块C2椎弓根钉棒固定(C1LC2PS)技术的稳定性仍存在一定争议,因此选择何种C2替代技术如何增强C1LC2PS固定技术的稳定性亟待解决。在本研究中,我们将利用三维可视化软件进行椎动脉解剖变异走行分析。进一步分析横连辅助C1LC2PS技术对寰枢椎运动范围的影响。最后比较不同C2替代固定技术的生物力学效能,为AAD合理治疗策略的制定提供理论依据。材料和方法:我们首先回顾性分析了 2015年7月到2017年7月解放军总医院神经外科收治的120例寰椎枕化患者3D-CTA数据,使用SFOF-VR和Mimics软件重建,对椎动脉解剖变异走行进行3D解剖分析和测量研究。然后利用影像动作捕捉系统辅助六自由度机器臂对离体人颈椎标本进行生物力学分析。首先在1.5 Nm力矩下按顺序对完整标本,旋转脱位标本,标准C1LC2PS固定组,标准C1LC2PS+单横连组,标准C1LC2PS+双横连组进行生物力学分析。最后在1.5 Nm力矩下对C2椎弓根螺钉组(C2PS),C2椎板螺钉组(C2TLS),C2下关节突螺钉组(C2IAPS)进行生物力学比较分析。结果:(1)椎动脉走行变异可分为七种不同类型。Ⅰ型(26.7%),椎动脉在寰椎后弓上走行并经椎动脉沟进入颅腔;Ⅱ型(53.3%),椎动脉在入颅前走行于同化的寰椎侧块枕髁复合体形成的骨管中。Ⅲ型(11.7%),椎动脉在枢椎关节面以上或在寰椎侧块以下形成弯曲,然后经同化的枕骨下缘下方进入颅内。Ⅳ型(1.3%),椎动脉椎板下进入椎管。Ⅴ型(31.3%),在颈2峡部形成高跨椎动脉。Ⅵ型(2.9%),在寰椎后弓处形成开窗椎动脉。Ⅶ型(4.2%),一侧缺如型椎动脉。Ⅱ型椎动脉管下壁到寰椎侧块后平面的垂直距离5.51 ±2.17mm,意味着寰椎侧块通常可以安全插入3.5 mm螺钉。中线平面到Ⅲ型椎动脉与同化枕下缘交叉点的距离为13.50±4.35mm,说明椎动脉变化的中线迁移特性。Ⅴ型峡部高度和宽度的降低表明椎动脉损伤的风险增加。(2)与完整状态和旋转不稳模型相比,三种治疗方式干预组C1-C2ROM在每个加载运动工况上都显著降低(P<0.05);组间比较发现与完整和未加横连结构相比,单横连和双横连结构旋转ROM均明显减小(P<0.001),双横连与单横连结构在各个运动工况ROM相比没有统计学差异。(3)在轴向旋转和前屈-后伸过程中C2TLS与C2IAPS相比ROM显著降低(P<0.05)。在轴向旋转过程中C2TLS与C2PS相比ROM显著降低。在前屈-后伸过程中C2IAPS与C2PS相比ROM显著降低(P<0.05)。结论:(1)新的椎动脉分类和相关的解剖参数有助于更好地理解椎动脉变化过程和颅颈交界区解剖之间的三维关系,这对于减少寰椎枕化致AAD患者术中椎动脉损伤的风险至关重要。(2)横连装置可以有效减小了 AAD患者C1侧块-C2椎弓根螺钉固定系统旋转活动度;横连的数量在辅助减小各个运动工况活动度上没有差异。(3)在C2椎体出现变异导致椎弓根狭窄时,C2TLS和C2IAPS都可做为C2PS的替代方式。从生物力学角度分析发现,在轴向旋转和前屈-后伸过程中C2TLS相比C2IAPSROM更低,能提供更好的稳定性。