經(jīng)皮椎弓根螺釘不同角度拔出的生物力學(xué)研究

杭建耿曉鵬

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經(jīng)皮椎弓根螺釘不同角度拔出的生物力學(xué)研究

杭建1，2耿曉鵬1

【摘要】目的 探討經(jīng)皮椎弓根螺釘不同角度置釘?shù)纳锪W(xué)穩(wěn)定性。方法 選取成人椎體標(biāo)本隨機分為6組,分別按照不同的冠狀面及矢狀面角度置釘,測試各標(biāo)本螺釘?shù)淖畲蟀纬隽?并繪制載荷-位移曲線。結(jié)果 10°及15°TSA、SSA置釘?shù)穆葆斪畲蟀纬隽白畲竽芰績?yōu)于0°角組（P＜0.05）。當(dāng)應(yīng)力超出最大拔出力時,螺釘?shù)陌纬隽Τ尸F(xiàn)緩降趨勢。結(jié)論 置釘角度的存在為經(jīng)皮椎弓根螺釘穩(wěn)定性提供有力幫助。

【關(guān)鍵詞】椎弓根螺釘；冠狀面角；矢狀面角

椎弓根釘置入是手術(shù)的成敗關(guān)鍵，需要定位準(zhǔn)確，且必須按照精確的冠狀面及矢狀面夾角[1]。如何選擇正確的夾角并成功置釘增加了手術(shù)及預(yù)后的難度。螺釘?shù)慕嵌扰c手術(shù)固定的穩(wěn)定性關(guān)系密切[2-3]，既往研究中對置釘角度與螺釘穩(wěn)定性的關(guān)系尚不清楚，不同角度下螺釘?shù)陌纬鑫灰婆c螺釘拔出力的趨勢關(guān)系，本次研究對以上問題進行了研究，以期為臨床手術(shù)及患者預(yù)后提供參考。

1 材料與方法

1.1 標(biāo)本與分組

選取新鮮成人腰椎椎體標(biāo)本，均經(jīng)影像學(xué)檢查，排除病變標(biāo)本。標(biāo)本保鮮袋密封存放，剔除周圍肌肉、韌帶等組織，獲得單個推體，經(jīng)骨密度測試基本一致，實驗符合醫(yī)學(xué)倫理學(xué)的要求。標(biāo)本隨機分為6組，采用相同螺釘及置釘深度，不同角度置釘。A組按不同TSA置釘，A1-3組：夾角0°、10°、15°，SSA均0°。B組按不同SSA置釘，B1-3組：夾角0°、10°、15°，TSA均0°。

1.2 實驗方法

采用自凝牙托粉包埋椎體下端固定于操作臺，以量角板及克氏征確定置釘角度，克氏針固定角度后攻絲，直視下置入螺釘，固定深度為椎體前后徑70%，使用力學(xué)試驗機進行力學(xué)測試，將夾具夾住經(jīng)皮椎弓根釘尾端，與底座垂直的方向施加縱向拔出力，以2 mm/min的恒速拔出，螺釘出現(xiàn)松動時停止機器，記錄最大軸向拔出力及最大能量，并記錄荷載-位移曲線。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 20.0軟件數(shù)據(jù)處理，兩兩比較采用SNK法，以P ＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同角度冠狀面置釘

A2組最大拔出力（2109.0±52.4）N及最大能量（3.9±0.1）N.M均高于A1組，A3組最大拔出力（2423.4±19.7）N及最大能量（4.7±0.3）N.M高于A2組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。通過載荷-位移曲線發(fā)現(xiàn)外力超出最大拔出力時，螺釘?shù)陌纬隽Τ尸F(xiàn)緩降趨勢，A2及A3組斜率高于A1組。

2.2 不同角度矢狀面置釘

B2組最大拔出力（2011.4±56.1）N及最大能量（3.8±0.2）N.M均高于B1組，B3組最大拔出力（2296.0±36.7）N及最大能量（4.4±0.1）N.M高于B2組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。通過載荷-位移曲線發(fā)現(xiàn)外力超出最大拔出力時，螺釘?shù)陌纬隽Τ尸F(xiàn)緩降趨勢，B2及B3組斜率高于B1組。

3 討論

開放手術(shù)內(nèi)固定出血、并發(fā)癥多，微創(chuàng)經(jīng)皮椎弓根固定技術(shù)準(zhǔn)確性與開放手術(shù)無差異，腰肌組織剝離較小出血少，且操作過程中對肌纖維、神經(jīng)根的損傷小，固定穩(wěn)定性好[4-6]。但是也存在一定缺點，由于操作空間及視野限制，對手術(shù)醫(yī)生的操作及經(jīng)驗要求高，對某些脊柱疾病的治療受限。

在椎弓根螺釘失敗案例中，螺釘?shù)陌殉至Σ蛔銓?dǎo)致螺釘?shù)乃蓜樱€(wěn)定性降低[7]。眾多因素均可導(dǎo)致椎弓根螺釘拔出，螺釘拔出時60%的負荷由椎弓根承擔(dān)，因此椎弓根骨密度的大小與椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性密切相關(guān)，同時螺釘?shù)拈L度與直徑也與螺釘穩(wěn)定性相關(guān)，但固定過深容易損傷神經(jīng)、血管，本次研究的固定深度達到較好的固定效果[8]。

本次研究中，我們在0°～15°改變TSA及SSA夾角中一項，發(fā)現(xiàn)在夾角上升時，最大拔出力均升高，且最大能量也升高，說明螺釘?shù)倪m當(dāng)角度傾斜對于提高螺釘?shù)姆€(wěn)定性具有顯著的效果。由于螺釘是完全咬合于椎弓根骨質(zhì)時，螺釘穩(wěn)定性最高，適當(dāng)角度的改變，使得螺釘更多的螺紋咬合于椎弓根骨質(zhì)中，骨-螺釘界面面積增加，使得最大拔出力明顯增加。通過載荷-位移曲線發(fā)現(xiàn)，當(dāng)螺釘所承受的應(yīng)力超出最大拔出力時，并不是我們想象中把持力的瞬間消失，如曲線所示，把持力仍然存在且呈平穩(wěn)的逐步下降，可能由于螺釘螺紋設(shè)計使得把持力能夠平穩(wěn)消失。具有角度的置釘方式的載荷-位移曲線斜率均明顯優(yōu)于0°角置釘，其所呈現(xiàn)的斜度更加平穩(wěn)，這也能給我們提供了一個及時搶救的緩沖期。

參考文獻

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Biomechanical Study of Pull-out Force on the Percutaneous Pedicle Screw With Different Tranverse Angle

HANG Jian1,2GENG Xiaopeng1, 1 Binzhou Medical University, Binzhou 256600, China, 2 Wudi County People’s Hospital, Binzhou 256600, China

[Abstract]Objective To analyze biomechanical stability of percutaneous pedicle screw with different angle pull-out force. Methods Selected 30 cases specimen divided into 6 groups. All cases received percutaneous pedicle screw with different TSA, SSA. To analyze the FMAX,EMAX and load-displacement curve. Results FMAX and EMAX of groups with 10°,15°TSA and SSA were better than those of 0°group （P＜0.05）. The holding force decreased gradually when the force reached more than FMAX. Conclusion Tranverse angle can provide stability for pedicle screw. [Key words] Percutaneous pedicle screw, TSA, SSA

基金項目：山東省醫(yī)藥衛(wèi)生科技計劃（2013WS0300）,項目號：511435

doi：10.3969/j.issn.1674-9308.2016.01.054

【文章編號】1674-9308（2016）01-0079-02

【中圖分類號】R683

【文獻標(biāo)識碼】A

作者單位：1 256600 山東省濱州市濱州醫(yī)學(xué)院；2 256600 山東省濱州市無棣縣人民醫(yī)院