成人寰椎后弓解剖學研究及內固定釘板系統設計

王賓賓，馬向陽，楊進城，楊浩志

(1.第二軍醫大學研究生院，上海 200433；2.廣州軍區廣州總醫院骨科醫院脊柱外科，廣東 廣州 510010；3.南方醫科大學，廣東 廣州 510515)

因創傷、炎癥、腫瘤、先天畸形等因素導致的寰樞椎生理關系破壞及運動功能異常稱為寰樞椎不穩。作為常見的上頸椎疾患，因其易導致延髓、脊髓受壓出現四肢感覺、運動功能障礙甚至死亡，臨床上多采用手術治療[1-2]。后路手術因術野顯露充分、固定切實牢靠、并發癥少等優點被廣泛應用于臨床。手術方式由早期的線纜技術、椎板夾技術到一度被認為是金標準術式的經關節螺釘固定技術(magerl技術)，再到如今應用最為廣泛的釘棒技術[3]。寰椎椎弓根螺釘或側塊螺釘固定因其良好的生物力學穩定性及較高的植骨融合率，已成為寰樞椎后路固定融合的首選方式。但因寰椎位置深在，毗鄰復雜及解剖變異，顯露及置釘過程中存在損傷椎動脈、C2神經根、靜脈叢的風險，導致術中出血增加及術后枕后麻木，甚至出現無法置釘的情況[1，3]。因此，需要一種既能有效降低寰椎置釘風險，又可作為寰椎椎弓根螺釘或側塊螺釘置釘失敗的補救措施，還可作為后路寰樞椎翻修可選的內固定方法。國外曾有文獻報道寰椎后弓鎖定釘板系統，但其設計尚存在一些缺陷，且規格參數按照歐美人種設定，不完全適用于國人。為此，我們通過測量健康成人寰樞后弓解剖參數并據此設計了成人寰椎后弓內固定釘板系統。

1 資料與方法

1.1 實驗材料 通過醫學影像存檔與通信系統(PACS)，按下述標準隨機抽取60例(男30例，女30例)成人寰椎三維CT(simenz)影像資料并用自帶測量工具進行測量。納入標準：年齡≥18歲，CT資料齊全，寰椎后弓發育正常且結構完整；排除標準：年齡<18歲，CT資料不全，寰椎后弓發育異常及結構破壞者。掃描條件：平臥位，掃描層次垂直于頸椎縱軸，120 kV、54 mA/0.5 s，顯示視野10 cm×10 cm，成像矩陣512×512，層厚1 mm，并行三維重建。30例(年齡、性別不詳)干燥寰椎骨標本(南方醫科大學解剖教研室提供)。納入標準：寰椎后弓完整無畸形。測量工具為國產游標卡尺(精確度0.01 mm)及角度測量儀(精確度0.01°)。

1.2 測量內容與方法 后結節中央及距中央5 mm、10 mm、15 mm處高度及厚度、水平面后弓夾角、內側面外側螺釘半距、后弓交叉螺釘最大長度(螺釘完全位于髓腔內且剛觸及外側螺釘)(CT測量方法如圖1所示，標本測量方法如圖2所示)。分析左右兩側所得數據及兩種來源所得數據差異有無統計學意義并根據測得數值設計寰椎后弓內固定釘板系統。

a 后弓厚度(0 mm、5 mm、10mm、15 mm處，黑色箭頭) b 水平面后弓夾角(黃色)，交叉螺釘最大長度(綠色)，交叉螺釘進釘點(藍色)，內側面外側螺釘半距(紅色) c 后弓螺釘釘道示意圖 d 后結節中央高度(紫色箭頭)

圖1 CT測量示意

a 后弓厚度(0 mm、5 mm、10mm、15 mm處，黑色箭頭) b 水平面后弓夾角(褐色)，交叉螺釘最大長度(綠色)，交叉螺釘進釘點(藍色)，內側面外側螺釘半距(紅色) c 后弓高度(0 mm、5 mm、10mm、15 mm處，紫色箭頭)

d 螺釘進釘點(橙色圓點) e 交叉螺釘釘道(后面觀) f 螺釘釘道(軸位觀)

圖2 標本測量示意

2 結 果

2.1 測量結果 共測量了30例男性及30例女性CT資料，平均年齡41.0歲(18～62歲)，30例干燥寰椎骨標本性別及年齡不詳(見表1～2)，CT及標本所測得的左右兩側數據差異均無統計學意義，如表3所示。兩種不同來源(CT、標本)所得的大部分數據均差異無統計學意義，但兩種測量途徑所得的后弓交叉螺釘最大長度及后弓內側面外側螺釘半距間差異有統計學意義且CT測得值較標本測得值小約0.5 mm。CT與標本所得結果比較時，后結節厚度以及距結節中央10 mm處后弓厚度兩組數據方差不齊，采用Mann-Whitney U檢驗，且兩組數據差異均無統計學意義。

表1 60例CT部分測量結果(mm)

表2 30例寰椎骨標本部分測量結果(mm)

表3 CT與標本測量結果

表4 寰椎后弓釘板系統主要參數設計(mm)

2.2 釘板系統設計 釘板系統螺釘參數設定如表4所示。其余參數如下：板總長30.0 mm，左右對稱，板厚2.0 mm；中央寬6.0 mm，距中央5 mm、10 mm、15 mm處寬度分別為7.0 mm、6.0 mm、5.0 mm；4枚螺釘及釘孔直徑均為2.5 mm；交叉螺釘為非鎖定螺釘，外側垂直螺釘為鎖定螺釘；外側釘孔表面連有可旋轉“U”槽，可與直徑3.5 mm鈦棒連接從而與樞椎螺釘構成后路寰樞椎釘棒內固定系統(見圖3)。

3 討 論

3.1 寰椎常見內固定方法及特點 寰樞椎常見的內固定方法主要有鋼絲固定(Gallie法和Brooks法)、椎板鉤固定、經關節螺釘固定(Magerl)及釘棒固定，其中寰椎常見置釘方式主要有側塊螺釘及椎弓根螺釘[3-4]。鋼絲固定因操作簡單，早期應用較為廣泛，但因其存在內固定強度尤其抗軸向旋轉能力較弱、要求后弓結構完整、鋼絲穿行過程中可能損傷脊髓、植骨不融合率較高及一般需外固定輔助等缺點現已較少單獨采用，多與magerl技術聯合應用[4-6]。

a 后弓板后視 b 后弓板前視

c 后弓板下視

d 上頸椎內固定后視 e 上頸椎內固定側視

圖3 寰椎后弓釘板系統

椎板鉤技術同樣因裝置放置困難、抗旋轉能力弱、鉤的滑移、假關節形成、植骨不融合率偏高、需要后弓結構完整甚至可能導致后弓骨折且無復位作用等問題現已被新的內固定技術所取代[3，5]。Magerl螺釘技術聯合鋼絲技術或椎板鉤技術生物力學穩定性好，植骨融合率高，且不需外固定輔助，一度被認為是寰樞關節后路內固定的金標準[4，7-8]，但因存在以下不足限制了其臨床應用，現已逐漸被釘棒技術取代：a)無提拉復位作用，置釘前需要寰樞椎解剖復位；b)C臂引導下置釘，存在放射暴露的風險；c)不適用于肥胖或者胸椎后凸畸形者(難以置釘)；d)有椎動脈、脊髓及舌下神經損傷的風險；e)無法置釘的風險[3，9]。釘棒內固定技術因操作便捷、組合方式多樣、抗軸向旋轉能力強，植骨融合率高且有提拉復位作用已成為臨床應用最為廣泛的術式[3]。但是無論寰椎側塊螺釘還是椎弓根螺釘，均對置釘技術要求較高且存在損傷脊髓、椎動脈、神經根及靜脈叢的風險，甚至因解剖變異導致部分患者無法置釘[3，10-11]，在一定程度上限制了其臨床應用及推廣。

3.2 寰椎后弓內固定釘板系統的解剖可行性 本研究從CT資料及寰椎標本兩方面進行解剖結構測量，并根據測得結果設計寰椎后弓內固定釘板系統。寰椎后弓為左右對稱的弧形骨性結構，中間膨大處為后弓結節。寰椎后弓雖存在解剖變異，但總體結構相對固定。寰椎后弓解剖指標主要涉及后弓高度及厚度(設計板寬及螺釘長度)，后弓交叉螺釘長度及后弓內側面外側螺釘半距。

3.2.1 后弓高度 如表2～3所示，測得后弓結節中央高度為(9.48±0.95)mm(CT)、(9.97±2.18)mm(標本)，標本測得距結節中央5 mm、10 mm、15 mm處高度分別為(9.67±1.81)mm、(8.64±1.62)mm、(6.71±1.35)mm。Christensen等[12]通過測量120例寰椎骨標本后得出寰椎后結節中央高度為(9.58±2.26)mm，朱海波等[13]通過對180例國人寰椎干燥骨標本測量后得出寰椎后結節中央高度為(9.60±1.74)mm。金國鑫等[14-15]通過對100張寰椎三維CT片測量得出后結節高度為(7.8±1.2)mm，且91%高度>7 mm，椎動脈溝移行處內側后弓高度左側為(4.7±0.9)mm，右側為(4.6±0.8)mm且93.5%高度大于3.5 mm，證明寰椎后弓交叉置入2枚3.5 mm螺釘在解剖上是可行的且生物力學實驗表明穩定性良好[15-16]。我們的測量結果與Christensen等及朱海波等的結果相近，但高于金國鑫等的測量數據，可能原因為我們測量的CT資料均為成人而金國鑫等測量的CT資料未明確為成人來源，另外抽樣誤差及CT所測數據與標本所測數據間的差異亦是可能的原因。因實際置釘過程中會有骨皮質的少量膨脹[14]，為了提高置釘安全性且為后續植骨床留足空間，我們將后弓交叉螺釘直徑設計成2.5 mm。

3.2.2 后弓厚度 我們的測量結果如表3所示，其中后結節中央厚度為(7.80±1.60)mm(CT)、(7.44±1.32)mm(標本)，距中央10mm處厚度為(6.25±1.13)mm(CT)、(6.45±0.85)mm(標本)。Christensen等[12]通過測量120例寰椎骨標本得出后結節中央厚度為7.82 mm。Kelly等[17]分別于50例成人干燥寰椎骨標本及50張寰椎軸位CT上測量后得出結節中央平均厚度為8.5 mm(標本)、7.0 mm(CT)；后弓最薄處位于結節中央兩側10 mm處，為6.4 mm(標本)、5.3 mm(CT)，提示后弓螺釘置入后至少有6 mm位于后弓骨質內，避免了因釘道過短導致抗拔出力不足的問題。我們測得后結節中央的厚度及距后結節中央10 mm處厚度與Christensen等及Kelly等學者的數據相差不大，但無論CT所測還是標本所得平均厚度均大于6 mm，再次證明了后弓螺釘置入后至少有6 mm位于骨質內。因此，考慮板的厚度為2 mm，我們將垂直螺釘長度設定為8 mm，既保證了螺釘具有一定的把持力，又有效降低螺釘刺破腹側皮質突入椎管導致硬膜囊及脊髓損傷的風險。

3.2.3 后弓交叉螺釘長度 金國鑫等[14-15]通過對10具干燥成人寰椎骨標本測量后得出理想的后弓交叉螺釘進釘點位于后結節旁開3.6～3.8 mm，理想的釘道長度(進釘點到椎動脈溝內側緣的髓腔距離)為17.0 mm，并認為大部分后弓交叉螺釘長度可達15 mm。我們設定的進釘點與金國鑫等報道的相近，即后結節旁開4.0 mm處，平行于后弓置入，但為避免對外側螺釘產生干擾，結合我們的測量結果及板的厚度，我們將后弓交叉螺釘長度設為15 mm，理論上13 mm位于骨質內(板厚2 mm)，較金國鑫等設計的螺釘有效長度有所減少，但骨道長度減少是否會降低其把持力進而影響固定效果目前尚未見相關報道。筆者將在后續的研究中探討此問題。

3.2.4 內側面外側螺釘半距 寰椎后弓存在一定厚度并呈扇弧形，內、外側面椎動脈溝半距存在一定差別，為減少術中剝離及防止置釘過程中損傷椎動脈，設計釘板時既要使板的外側緣不超過外側面椎動脈溝內緣，又要保證最外側螺釘置入后不會傷及椎動脈。文獻報道剝離寰椎后弓時不宜離后結節過遠，一般不超過1.5～2.0 cm，以免損傷椎動脈[5]。朱海波等[13]通過測量得出椎動脈溝前內側半距左側平均11.3 mm，右側平均10.9 mm，后外側半距左側平均20.7 mm，右側平均20.2 mm。Kaplan[18]的測量結果為椎動脈溝前內側緣半距為距后結節12～16 mm，外側緣半距為22～28 mm。因此本研究將鋼板總長度設計成30 mm，左右對稱，外側螺釘入釘點位于左右兩側距后結節中央12.5 mm處，垂直于后弓表面置釘后測得理論上內側面螺釘半距(螺釘外側緣距后結節中央的距離)為10.51 mm(CT)、11.03 mm(標本)，小于內側緣椎動脈溝半距，保證了置釘的安全性。

3.2.5 后弓夾角 我們測得寰椎后弓水平面夾角平均為130.70°(CT)、135.07(標本)，為節約塑形時間并使板更好的貼附于寰椎后弓，我們將板設計成左右對稱，夾角為130.0°。如此，幾乎不需或只需簡單的塑形即可與大多數后弓緊密貼合，節約了手術時間。

3.3 寰椎后弓釘板系統 Kelly等[17]曾于2008年報道C1后弓鎖定釘板聯合C2椎板螺釘內固定技術，體外生物力學實驗證實其與Harms釘棒技術穩定性相當。但其螺釘設計成4枚直徑為2.4 mm且均垂直于鈦板方向置入，雖然垂直方向進釘可以使鈦板更加貼合于寰椎后弓表面，且在相同條件下螺釘把持力更強，但寰椎后弓厚度有限，垂直置釘限制了螺釘置入深度進而可能影響其固定強度。另外，因釘頭垂直于后弓表面，一旦穿破后弓腹側皮質過深，外露釘頭尖端可能造成硬膜甚至脊髓損傷，出現腦脊液漏、截癱甚至死亡等嚴重后果。再者，為促進植骨融合，寰樞椎均要求堅強固定，目前無論側塊螺釘還是椎弓根螺釘，直徑均為3.5 mm，固定效果良好。Kelly等采用4枚2.4 mm螺釘固定，雖然螺釘數量增加理論上會增加固定強度，但螺釘直徑的減小可能會使固定強度降低且螺釘松動及斷釘風險增加。為了避免上述情況，加之文獻報道89%的患者寰椎后弓可以交叉置入3.5 mm螺釘且生物力學實驗證實其固定效果令人滿意[15]。但考慮到寰椎后弓體積較小，螺釘直徑過大可能會導致后弓劈裂且影響后續植骨床制備。因此，我們將螺釘直徑設計成2.5 mm，內側螺釘為后弓交叉螺釘，外側螺釘垂直于后弓表面置入，螺釘直徑較Kelly等設計的螺釘稍增加且充分穿過了寰椎后弓結節處堅固的骨質，加之交叉置釘骨道長度增加，從而使其把持力增加。另外，交叉置釘使螺釘全程位于后弓髓腔內，避免了損傷硬膜及脊髓的風險。但是，盡管有研究認為C2椎板螺釘固定與C2椎弓根螺釘固定相比二者植骨融合率相當[19]，但寰椎后弓較樞椎椎板體積更小，后弓置入螺釘是否影響植骨床的制備及后續植骨融合尚未見報道。另外，寰樞椎后路手術一般都需要植骨，常見的植骨部位為寰樞椎板間、后弓與樞椎棘突間及側塊關節[20]，側塊關節植骨會增加側方暴露范圍，從而增加手術創傷及毗鄰的神經血管損傷風險，因此，椎板間或棘突間植骨是更為理想的植骨方式。寰椎后弓本身高度有限，加上表面鈦板覆蓋，可供植骨區域非常有限。Kelly等設計的寰椎后弓鎖定板未能很好的解決植骨床的問題[16-17]。而我們將板的中央處設計成向頭端的弧形凹陷，使后弓結節后下緣骨質充分外露作為植骨床，較好地解決了植骨區域的問題。另外，我們將靠近結節的2枚釘孔設計為非鎖定孔，便于調整后弓交叉螺釘釘道方向使其順利置入對側后弓。

3.4 CT測量與標本測量的比較 本研究中大多數變量經CT測量及標本測量所得數據差異無統計學意義，意味著CT測量可以很全面真實的反映實體的解剖特點。但對于后弓交叉螺釘長度及內側面外側螺釘半距兩個變量，經CT測量與經標本測量所得結果差異有統計學意義，一定程度上似乎說明CT影像并不能真實反映出所有解剖學特征。對于CT測量與標本測量的關系，多數學者認為二者之間差異無統計學意義[14]。但kelly等[17]的研究則表明CT測得數據平均比寰椎干燥骨標本測得數據小1 mm左右。我們的觀點與大多數學者的觀點一致，即CT資料可以很好的反映實體的解剖學特點，輕度的差異主要由于樣本的同質性不同及抽樣誤差所致。因此，通過術前CT測量初步確定螺釘長度及置釘角度，結合術中實際探查，可以有效提高置釘安全性，降低手術風險及相關并發癥發生率。

3.5 創新與不足 本研究從CT影像資料及干燥寰椎骨標本兩個方面測量成人寰椎后弓系列解剖參數，并且比較兩種來源所得數據差異有無統計學意義，避免了大多數研究所采用的單一影像學數據造成的偏倚，可信度更高。另外，創新性的寰椎后弓交叉螺釘設計及后弓結節后下緣弧形凹陷，既避免了Kelly等報道的釘板系統可能存在的缺陷，又充分地利用了寰椎后弓解剖學特征，有效解決了臨床比較關注的置釘安全性及植骨的問題。

但是，本研究中成人寰椎骨標本數量較少且年齡及性別無法確定，大多數數據仍來自于CT資料測量，然而CT測量結果與成人標本測量結果的差異性仍有待進一步明確；加之抽樣測量誤差及解剖變異使本研究所得數據并不能完全真實的反映整個人群寰椎后弓解剖結構，筆者將在后續的研究中進行更大量的成人寰椎骨標本測量。另外，螺釘直徑及釘距仍需進一步研究以確定最佳組合。再者，螺釘的抗拔出力、釘板系統的整體固定強度及其與樞椎螺釘聯合應用于寰樞椎后路內固定的三維穩定性均需進一步測試，筆者將在后續的研究中予以完善。

3.6 結論 a)國人成人寰椎后弓測量結果表明后弓內固定釘板系統在解剖上是可行的，可成為現有寰樞椎釘棒內固定的良好補充。b)CT影像資料可較好地反映實體的解剖特征，為臨床實踐提供有力的參考，但可能無法真實地反映所有的解剖結構。c)寰椎后弓釘板系統的初步設計較好的運用了后弓的解剖特點，并初步解決了臨床關注的置釘安全性及植骨區域的問題，但其穩定性有待進一步證實。

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