强直性脊柱炎颈椎骨折如何选择固定方式?

2021-04-29 文章来源:骨科在线 点击量:1736   我要说

背景:强直性脊柱炎颈椎骨折(ASCF)极度不稳,如何综合考量稳定性、手术创伤、医疗费用以获得最佳内固定策略,目前尚无据可依。

目的:探讨手术入路、内置物长度以及密度对内固定稳定性的影响。

方法:采用有限元模型(FEM)模拟后路、前路、前后路联合入路以及多种固定方式治疗C5/6ASCF,观察比较内固定节段的运动改变及内部应力分布情况。

结果及结论:

①单纯前/后入路时,长节段固定稳定性优于短节段;

②前后路联合固定稳定性优于单纯前/后入路,同时降低了内置物最大应力;

③后入路3个节段固定可获得最佳经济-疗效-稳定性效益;

④后路长节段跳跃置钉与连续置钉生物力学稳定性相当,因此采用跳跃置钉可降低内置物费用而不会牺牲稳定效果。

关键词:强直性脊柱炎、颈椎骨折、生物力学、内固定稳定性、有限元分析


强直性脊柱炎(AS)是一种慢性、全身性、非创伤性的风湿性脊柱炎,主要累及骶髂关节和脊柱,总体患病率为0.1-1.4%[1]. 由于椎旁韧带和椎间盘骨化、骨质量差、力臂长并且骨折通常累及三柱,导致终末期ASCF极度不稳[2]。非手术治疗如颈胸支具、Halo支架和轴向牵引等,将有极高的概率(60%以上)发生骨融合失败、神经功能损害甚至死亡[3]。而手术治疗可产生即刻稳定性、避免长期卧床,也是恢复脊柱序列、解除脊髓和神经压迫的唯一方法,为神经功能恢复提供了机会[4]. 因此,外科手术是ASCF的首选治疗措施。

ASCF的手术入路包括前[5]、后[6]及前后联合[7]入路,各种入路均有外科医生采用,然而手术效果不尽人意。迄今,关于ASCF手术入路、内置物长度及密度的共识尚未达成,仅有低水平证据病例系列研究或小样本病例报告进行探讨[8]。因此,课题组设计了一项FEM的生物力学模拟研究,探索上述问题的答案,寻找最佳经济-疗效-稳定性效益,为ASCF患者内固定策略提供理论依据。


1、方法

1.1 AS及ASCF模型构建

在课题组前期构建的颈椎FE模型中[9,10],调整相关参数以模拟AS特征,包括:

①椎间盘外层、后纵韧带(PLL)、前纵韧带(ALL)和关节囊韧带(CL)均采用骨化参数[11]

②皮质骨和松质骨均采用骨质疏松参数[12]

③上颈椎功能正常,下颈椎应为骨化相对固定[13]

④椎旁肌提供动力来源[14]

⑤颈椎前度较大[15](图1)。ASCF骨折处模拟在最常见的骨折节段C5/6(图2)。两个模型具体构建方法参见原文。


图1:AS模型


图2:ASCF模型


1.2 内置物模型构建

三种入路、不同内置物长度及密度的内固定方式被模拟(图3)。


图3:用于测试分析的13种内固定方式示意图

1.3 加载方式及边界条件

为了更好的模拟生理载荷[16],我们采用如下加载方式:

①椎旁肌预加载50N模拟肌肉张力;

②C2加载50N轴向载荷模拟头部重量;

③C2终版施加2nm纯力矩模拟屈伸运动。


1.4观察评价指标

①骨折处的运动变化率(RMC):分析不同内固定方式的稳定性;

②内置物应力分布情况(ISD):分析载荷分布特点;

③钉、板及棒的最大应力(MS):分析各部位最易失效处。

2、结果

1.1 运动学结果

在AS模型中,C5/6矢状面屈伸活动度(RoM)分别为:屈曲0.8°,伸展0.13°,这两个数值作为ASCF运动数值的基线。获得的主要结果如下:

①前路单节段(A1)、三节段(A2)以及后路单节段(P1)的RMC均超过基线3倍,说明这几种方式的稳定效果非常差;

②后路三节段(P2)、后路五节段(P3)和后路五节段跳跃置钉(P3skip),在RMC方面的表现优于后路单节段(P1),但三者结果相近,说明长节段固定效果好,即使采用跳跃置钉也可获得良好效果,但跳跃置钉可减少医疗费用;

③所有前后联合入路稳定性均高于基线数据,说明采用联合入路,即使是前后单节段(A1P1)也要优于单纯入路。(图4)


图4:C5/6ASCF各种内固定方式RMC数据


2.2 ISD及MS分析

前路内置物分析

前后路联合可显著降低螺钉和钛板的最大应力,不同联合方式区别不显著(A1P1即可获得满意效果)。(图5-6)。


后路内置物分析

前后路联合可显著降低后路钉和棒的最大应力,不同联合方式区别不显著(A1P1即可获得满意效果)。(图7-8)


跳跃置钉

跳跃置钉与连续置钉对ISD和MS的影响不显著。


图5:前路螺钉ISD及MS分析




图6:前路钛板ISD及MS分析



图7:后路螺钉ISD及MS分析



图8:后路棒ISD及MS分析


3、讨论

本研究是第一个在准-静态载荷下的生物力学研究,模拟术后即刻稳定性,比较了不同手术入路、内置物长度和密度的生物力学表现。研究结果将有助于脊柱外科医生在面对ASCF患者时做出最为合理的临床决策。

ASCF单纯前路手术的优点在于创伤小,软组织并发症少、前路直接减压、椎间融合率高等,但内固定失败率高达50%[8]。事实上,单纯前路手术治疗ASCF并不受脊柱外科医生欢迎,只有15%的患者采用这种方法[17]。本研究结果表明,单纯前路手术节段越长,内固定稳定性越好。因此,对于那些不能耐受较大手术而不得不考虑单纯前路的患者,应尽量延长固定节段。

临床上,单纯后路手术似乎最为常用。其优点在于椎管减压较前路容易,可多节段椎板切除,处理血肿及各种椎管站位更方便;可更方便的延长手术节段。研究表明,单纯后路失败率低于单纯前路[18],50%的患者采用了这种方法[17]。从RMC的角度来看,单纯后路单节段固定在抗屈伸方面并不优于前路单节段,但长节段后路固定明显优于单纯前路长节段。因此,对于不能接受前路手术的ASCF患者,如颈椎后凸过大者,长节段后路固定可能是一种可行的选择。

但是单纯长节段后路手术存在手术创伤较大,需翻动至俯卧位增加骨折部位损伤脊髓的风险,骨质增生导致置钉解剖标记不清,无法完成前路减压等缺点,因而这种内固定方式并不是绝对的推荐。

25%的ASCF患者采用前后联合的方法治疗[17]。虽然这种方法手术创伤最大,但是只有该方法才能实现360°融合以及前后路减压,且稳定性最佳,许多学者支持这种方法[19]。本FE研究表明,前后联合入路与单独入路相比,即使是单节段联合内固定,其稳定性也要优于五个节段的单纯后路固定。因此,仅生物力学因素考虑,而不考虑创伤大小,手术并发症等,前后联合手术可能是ASCF最稳定的治疗方法。

单纯后路固定的节段从单增加到三节段时,稳定性增加更为显著。然而,从三节段增加到五个节段时,稳定性的增加迅速下降。因此,单纯后路三节段内固定治疗ASCF可能是最经济的选择。

跳跃置钉和连续置钉的MS和RMC没有显著差异。考虑到每增加一个螺钉将增加经济成本和风险,后路长节段置钉可能是ASCF患者的一个可替代的选择。

4、结论

本研究构建了C2-T1的有FE模型,以模拟ASCF。研究结果可为ASCF外科治疗决策的制定提供依据。单纯前/后入路,较长的内固定可使节段更稳定,但三节段后路固定可能是最具成本效益的选择。仅从生物力学角度考虑,不考虑创伤和并发症等,建议采用联合入路进行手术,以获得最大稳定效果(即使采用前后均为单节段固定的方式)。跳跃置钉是ASCF的一种替代方法,因为它与连续置钉具有相似的稳定性。


参考文献:

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作者简介

刘瑶瑶

主持国家自然科学基金1项,共同承担国家级、省部级(军队)及学校课题多项。以第一或共同第一作者发表CSI论文8篇,统计源论文6篇。获实用新型专利6项,发明专利2项,新技术新业务1项。参编专著3部,参译外文专业书籍1部。

在老年骨质疏松内固定手术骨水泥强化方面有较深造诣,参与自主研发的骨水泥螺钉已广泛应用于临床(超1000例),取得良好疗效。获得国家自然科学基金支持,结合有限元模型研究方法,在骨水泥螺钉强化的力学机制方面有深入研究。


王钟

医学博士、主治医师,中国人民解放军陆军特色医学中心(大坪医院)骨科。

中国医师协会运动医学医师分会青年委员。

参与国家级课题8项,省部级课题2项,校级课题4项,军队课题1项;发表SCI/EI论著8篇;获国家发明专利1篇;参编专著1部。

擅长颈椎病、颈椎创伤、上颈椎畸形的外科治疗。对显微镜辅助脊柱手术、脊柱创伤的运动保留治疗、骨科生物力学有一定造诣。


刘鹏

中国人民解放军陆军特色医学中心(大坪医院)骨科主任,副主任医师,副教授,博士研究生导师

任中华医学会创伤学分会委员,全军骨科专业委员会委员,全军骨科青年委员会副主任委员,重庆市医学会骨科专业委员会委员,重庆市医学会骨质疏松与骨矿盐疾病专业委员会委员。任《中华创伤杂志(英文版)》、《局解手术学杂志》等多本杂志编委,国家自然科学基金评审专家。

脊柱运动学与脊柱生物力学方面专家。获得国家自然科学基金面上项目资助2项,卫生部课题2项,全军课题4项,国家重点实验室课题1项。获重庆市科技进步一等奖一项。从事脊柱外科与骨质疏松症的临床与科研工作25年,近十五年来,年手术量300余台,擅长显微镜下脊柱手术、上颈椎及颅颈交界区手术。

附原文:











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