CBT螺釘治療A3型胸腰段骨質(zhì)疏松性骨折的生物力學研究

曹師鋒，宋鑫，倪明，厲國定，孫杰，李坤

(上海健康醫(yī)學院附屬浦東新區(qū)人民醫(yī)院骨科，上海 201299)

皮質(zhì)骨通道螺釘技術(corticalbonetrajectory，CBT)最早由Santoni[1]于2009年提出，并逐漸應用于脊柱內(nèi)固定手術，但目前鮮有比較胸腰段骨折標本CBT螺釘和普通椎弓根螺釘固定生物力學穩(wěn)定性的報道[2～6]。本研究采用新鮮老年尸體標本模擬A3型胸腰段骨質(zhì)疏松性椎體骨折，分別使用CBT螺釘和普通椎弓根螺釘進行固定，比較兩種內(nèi)固定狀態(tài)下的生物力學穩(wěn)定性，為臨床應用CBT螺釘治療骨質(zhì)疏松性椎體骨折提供理論依據(jù)。

1資料與方法

1.1 實驗標本 取6具新鮮老年尸體胸腰段脊柱標本，修剪骨性標本附著的皮膚肌肉等軟組織，保留骨骼、關節(jié)囊及關節(jié)、附著韌帶。對每個標本拍攝正側位X線片，并用雙能X線測定L2椎體骨密度，-20 ℃凍存待用。標本信息見表1。

1.2 內(nèi)植物材料及實驗儀器 普通椎弓根螺釘，鈦合金材質(zhì)，直徑6.0 mm，長度45 mm；CBT螺釘(萬向椎弓根螺釘)，鈦合金材質(zhì)，直徑4.5 mm，長度35 mm；連接棒，鈦合金材質(zhì)，直徑50 mm，長度根據(jù)實驗情況剪裁。脊柱生物力學實驗機(MTS-858 Mini Bionix型，美國)，動態(tài)視頻監(jiān)視器(Qualisys光學運動捕捉系統(tǒng)，瑞典)。

1.3 實驗方法 參照Erkan等[7]標本包埋方法固定標本，實驗開始前一天將標本置于室溫下自然解凍，按順序制作下列五種工況，并拍攝各標本每個工況下的正側位X線片，然后測定L1和L3的前后屈伸、左右側屈、左右軸旋三維六自由度的運動范圍。

正常完整標本工況(原始狀態(tài)組)，見圖1。

普通椎弓根釘固定工況(傳統(tǒng)固定組)，見圖2。螺釘植入方法：采用經(jīng)典“人字嵴”法定位椎弓根釘進釘點，依次開口、擴髓、絲攻、置入椎弓根釘，進釘方向垂直于椎體冠狀面，與椎體矢狀面成角10°～15°，放置連接棒并螺帽固定鎖緊。

皮質(zhì)骨通道螺釘內(nèi)固定工況(CBT固定組)，見圖3。螺釘植入方法：采用Santoni等的CBT螺釘進釘點(上關節(jié)突的垂直平分線和橫突下方1 mm處水平線的交叉點)，進釘方向在矢狀位上向頭端傾斜(頭傾角)約25°～26°，在橫斷面上向外傾斜(外偏角)約8°～9°，放置連接棒并將螺帽固定鎖緊[8]。

表1 胸腰段脊柱標本的原始資料

圖1 正常完整工況標本正側位X線片 圖2 普通椎弓根釘固定工況標本正側位X線片 圖3 皮質(zhì)骨通道螺釘內(nèi)固定工況標本正側位X線片

A3型L2椎體骨折模型經(jīng)椎弓根釘內(nèi)固定(骨折傳統(tǒng)固定組)工況見圖4。楔形切除L2椎體(高度為前緣中部1/3，深度為椎體前后徑2/3)，然后在MTS-858實驗機上前屈壓縮至閉合，按普通椎弓根釘螺釘植入方法置釘、安裝連接棒并螺帽固定鎖緊。

A3型L2椎體骨折模型經(jīng)皮質(zhì)骨通道螺釘內(nèi)固定工況(骨折CBT固定組)，見圖5。標本制作方法同上，采用上述CBT螺釘內(nèi)固定螺釘植入方法置釘并將螺帽固定鎖緊。

1.4 加載和測試方法(見圖6) 將包埋好的脊柱標本上下端包埋盒分別固定在MTS858脊柱生物力學實驗機標本固定底座和加載盤的金屬杯內(nèi)，保持自然生理曲度，以使前載荷為0 Nm。將1 mm克氏針分散固定于L1～3椎體標本前方，利用四個不共線的圓球標志點通過底座固定于克氏針上，便于監(jiān)視器確定每個節(jié)段的空間位置；注意確認插入的克氏針位于椎體內(nèi)，避免影響測試結果。對標本施加10 Nm的純力偶矩[7]，在前載荷為0 Nm的情況下，標本相應地作單純的三維六自由度運動；標本完成一個加載卸載循環(huán)后，蠕變60 s；重復加載卸載循環(huán)3次，間隔時間為60 s；最后一個循環(huán)的數(shù)據(jù)作為測量記錄。由Qualisys光學運動捕捉系統(tǒng)拍攝在零載荷和最大載荷時的L1和L3椎體的三維六自由度的運動范圍。

圖4 A3型L2椎體骨折模型經(jīng)椎弓根釘內(nèi)固定工況標本正側位X線片 圖5 A3型L2椎體骨折模型經(jīng)皮質(zhì)骨通道螺釘內(nèi)固定工況標本正側位X線片 圖6 MTS858脊柱生物力學實驗機測試

2 結 果

2.1 全部6具標本試驗前X線檢查證實無骨性結構畸形和發(fā)育異常，無意外損傷及其他病變，所有標本的骨密度值(bone mineral density，BMD)值位于110.3～126.5 mg/cm3之間，均比正常健康成年人的BMD值降低2.5個標準差以上，符合骨質(zhì)疏松的診斷標準。標本骨折造模后行肉眼和X線檢查均證實沒有出現(xiàn)L1、L3椎體壓縮性骨折表現(xiàn)，L2骨折屬于A3型骨折，無椎弓根骨折發(fā)生。內(nèi)固定植入后椎弓根螺釘及CBT螺釘位置準確，無置釘引起醫(yī)源性骨折發(fā)生。各個工況下沒有出現(xiàn)肉眼可見的內(nèi)固定移位情況。

2.2 L1～3復合體的運動范圍(見表2)。

2.2.1 屈伸運動 L1～3復合體屈伸運動范圍各工況之間有差異。傳統(tǒng)固定組和CBT固定組的屈曲、后伸運動范圍總體上比原始狀態(tài)組顯著減少(P<0.01)，但是傳統(tǒng)固定組和CBT固定組之間沒有差異。骨折傳統(tǒng)固定組和骨折CBT固定組的屈曲、后伸運動范圍總體上比原始狀態(tài)組減少(P<0.05)，但是骨折傳統(tǒng)固定組和骨折CBT固定組之間沒有差異。骨折傳統(tǒng)固定組和傳統(tǒng)固定組之間的屈曲和后伸運動范圍有增加，但是沒有差異。同樣骨折CBT固定組和CBT固定組之間的屈曲和后伸運動范圍也有增加，但是差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表2 L1～3復合體各工況下運動范圍

2.2.2 側屈運動 L1～3復合體側屈運動范圍在各個工況之間有差異。傳統(tǒng)固定組和CBT固定組的左右側屈運動范圍總體上比原始狀態(tài)組顯著減少(P<0.01)，但是傳統(tǒng)固定組和CBT固定組之間差異無統(tǒng)計學意義。骨折傳統(tǒng)固定組和骨折CBT固定組的左右側屈運動范圍總體上比原始狀態(tài)組減少(P<0.05)，但是骨折傳統(tǒng)固定組和骨折CBT固定組之間差異無統(tǒng)計學意義。骨折傳統(tǒng)固定組和傳統(tǒng)固定組之間的左右側屈運動范圍有增加，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。同樣骨折CBT固定組和CBT固定組之間的左右側屈運動范圍也有增加。

2.2.3 旋轉(zhuǎn)運動 L1～3復合體左右軸旋運動范圍在各個工況之間有差異。傳統(tǒng)固定組和CBT固定組的左右軸旋運動范圍總體上比原始狀態(tài)組減少(P<0.05)，但是傳統(tǒng)固定組和CBT固定組之間差異無統(tǒng)計學意義。骨折傳統(tǒng)固定組和骨折CBT固定組的左右軸旋運動范圍與原始狀態(tài)組相比差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，骨折傳統(tǒng)固定組和骨折CBT固定組之間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。骨折傳統(tǒng)固定組和傳統(tǒng)固定組之間的左右軸旋運動范圍有增加，但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。同樣骨折CBT固定組和CBT固定組之間的左右軸旋運動范圍差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

3 討 論

3.1 CBT螺釘?shù)纳锪W特點 應用普通椎弓根螺釘內(nèi)固定治療胸腰椎骨折能夠達到即刻穩(wěn)定脊柱三柱的治療目的，影響即刻穩(wěn)定性的因素有螺釘?shù)闹睆健㈤L度、形狀、螺紋等。而在骨質(zhì)疏松性壓縮性骨折的患者中，骨密度是影響普通椎弓根螺釘固定后骨折椎即刻穩(wěn)定性和螺釘拔出力更為重要的因素[9，10]。CBT螺釘通過把持進釘處椎板、椎管內(nèi)側、椎弓根外側及椎體上終板或外側壁的4處骨皮質(zhì)，最大程度地把持椎弓根的皮質(zhì)骨，達到增強螺釘把持力的效果[1，5]。Mai等[9]研究發(fā)現(xiàn)，CBT螺釘置釘點的BMD高于普通椎弓根螺釘，Santoni等[1]通過qCT掃描研究發(fā)現(xiàn)CBT螺釘周圍主要是高密度的骨質(zhì)，并且螺釘?shù)陌纬隽Υ笮∨c松質(zhì)骨的骨密度無顯著相關性。

對脊柱骨折而言，固定節(jié)段的活動度是反映即刻穩(wěn)定性的重要指標，ROM值越小，說明內(nèi)固定效果越可靠。Perez-Orribo等[11]比較了正常狀態(tài)、普通椎弓根螺釘固定、CBT螺釘固定三種狀態(tài)的非骨折標本的三維六自由度的ROM，發(fā)現(xiàn)CBT螺釘固定左右軸向旋轉(zhuǎn)ROM比普通椎弓根螺釘明顯降低，前屈后伸和左右側屈的ROM和普通椎弓根螺釘固定相比差異無統(tǒng)計學意義。

Santoni等[1]、Inceoglu等[12]和Baluch等[13]都發(fā)現(xiàn)CBT螺釘?shù)陌纬隽σ黠@高于普通椎弓根螺釘。Matsukawa等[5，6，14]用螺釘?shù)淖畲髷Q入力矩評價螺釘固定強度，CBT螺釘在腰椎、胸椎及骶椎椎體的最大擰入力矩分別是普通椎弓根螺釘?shù)?.7倍、1.5倍和1.4倍，說明CBT螺釘具有更大的螺釘骨把持力和更好的固定效果。邵明昊等[15]通過三維有限元分析建立骨質(zhì)疏松癥患者腰椎模型，發(fā)現(xiàn)CBT螺釘抗拔出力比普通椎弓根螺釘高出26.04%。本研究中使用的普通椎弓根螺釘直徑為6.0 mm、長度45 mm；使用的皮質(zhì)骨螺釘直徑為4.5 mm，長度35 mm；雖然沒有觀察CBT螺釘和普通椎弓根螺釘?shù)目拱纬隽Γ珜嶒炛袥]有發(fā)現(xiàn)肉眼可見的螺釘松動和拔出。

3.2 CBT螺釘應用于胸腰段骨折的生物力學特點 有學者報道了臨床應用CBT固定胸腰段骨折的初步結果。Mobbs等[16]報道了中線固定(medio-latero-superiortrajectory，MLST)置釘技術在胸腰段爆裂性骨折和腰椎退變性疾病中的應用，取得了滿意的效果。姚羽等[17]報道了CBT技術治療單節(jié)段胸腰段骨折的初步應用結果，認為CBT螺釘技術不僅適用于合并椎弓根骨折的胸腰段脊柱骨折病例，亦適用于合并骨質(zhì)疏松癥的胸腰段椎體骨折患者。周春峰等[18]報道了CBT螺釘技術應用于胸腰段爆裂性骨折的有限元分析結果，測試了脊柱完整狀態(tài)、爆裂性骨折、以及爆裂性骨折后的4種固定組合共6種狀態(tài)下的即刻穩(wěn)定性，結果提示4CBT螺釘內(nèi)固定和6CBT螺釘內(nèi)固定與6椎弓根釘內(nèi)固定法相比，即刻穩(wěn)定性仍有一定的差距，但兩者均能夠提供近似甚至高于傳統(tǒng)4枚椎弓根釘內(nèi)固定法的固定穩(wěn)定性，認為CBT螺釘置釘法能在理論上成為提供胸腰段爆裂性骨折穩(wěn)定性的備選方案。姚羽等[19]選用10具新鮮小牛L3～6標本模擬腰椎后路椎板切除減壓椎間融合內(nèi)固定手術，觀察CBT螺釘、普通椎弓根螺釘兩組標本的三維六自由度ROM，結果提示CBT螺釘組和普通椎弓根螺釘組的活動度均明顯低于正常對照組，而CBT螺釘組活動度與普通椎弓根螺釘組差異無統(tǒng)計學意義。

CBT螺釘和普通椎弓根螺釘相比，具有軟組織剝離范圍小、神經(jīng)根損傷的危險少等優(yōu)勢[6]。CBT螺釘應用于胸腰段骨質(zhì)疏松性椎體壓縮性骨折的生物力學和臨床研究較少，究其原因可能是由于CBT螺釘解剖上只是中后柱固定，達不到普通椎弓根螺釘?shù)娜潭ǎ绕湓谇粫rCBT螺釘固定的力學效果不明顯，無法有效恢復并維持骨折椎體的前柱高度。本研究結果提示，采用A3型L2椎體骨折模型，分別應用普通椎弓根螺釘固定和CBT螺釘固定，L1～3復合體的屈曲、后伸運動范圍沒有顯著差異。骨折后采用CBT螺釘和普通椎弓根螺釘固定后的屈伸運動范圍雖然有所增加，但是差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，CBT螺釘固定應該是老年A3型骨質(zhì)疏松性胸腰段壓縮性骨折較好的臨床選擇。

3.3 研究不足 本文用新鮮老年尸體標本測試CBT螺釘和普通椎弓根螺釘固定A3型L2椎體骨折生物力學穩(wěn)定性，旨在治療胸腰段骨質(zhì)疏松性壓縮骨折。CBT螺釘和普通椎弓根螺釘?shù)纳锪W特性也提示，釘?shù)乐車敲芏葘τ跍y試結果影響很大，因此如何選擇測試標本并且保證骨質(zhì)疏松程度具有可比性十分重要。雖然本研究結果提示6具標本的骨密度值符合骨質(zhì)疏松的診斷標準，但是為了保證測試結果具有更高的準確性和可重復性，需要更多樣本的生物力學測試來消除骨質(zhì)疏松程度、螺釘植入操作和螺釘植入通道的差異對測試結果的影響。

本研究結果提示，輔助體位復位后CBT螺釘固定的方法可以達到和普通椎弓根螺釘固定類似的即刻穩(wěn)定性，可以有效恢復并維持骨折椎體的前柱高度，但仍然需要臨床應用的隨訪結果證實。