骶骨部分切除四種脊柱-骨盆固定的生物力學(xué)比較△

蘇保輝，李曰眾，王炳武，于明東，史玉林，孫良智

（濰坊市人民醫(yī)院脊柱外科，261041）

骶骨部分或全切除是治療骶骨腫瘤常用手術(shù)方法，切除范圍越大越影響骶髂關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性[1，2]。骶骨切除術(shù)重建脊柱-骨盆穩(wěn)定性的方法是雙側(cè)脊柱-骨盆固定（spinopelvic fixation,SPF），盡管Kia?tisevi等[3]對16例骶骨切除后未行SPF的患者12個月以上的隨訪表明，患者仍可獲得可以接受的功能恢復(fù)，但以往的研究表明髂骨單釘（single iliac screw,SIS）行SPF固定時，常伴有較高的髂骨釘松動和折斷率。為了提高固定強度，Yu等[4，5]和Bourghli等[6]建議使用髂骨雙釘（dural iliac screws,DIS）技術(shù)。DIS較SIS的優(yōu)勢在于分散髂骨-釘界面局部應(yīng)力，并增強抗扭轉(zhuǎn)強度，減少腰-髂固定點間的力矩。SPF還有單棒和雙棒兩種方式，以及附加橫向連接等技術(shù)[7]，不同的連接方式是否存在力學(xué)強度差異仍未見文獻報道。為此，作者在尸體脊柱-骨盆標(biāo)本制作骶骨部分切除模型，采用4種方式給予固定，進行力學(xué)測試，以評價骶骨部分切除后不同固定重建脊柱-骨盆穩(wěn)定性的力學(xué)特征，從而為臨床骶骨切除后選擇恰當(dāng)?shù)墓潭ㄖ亟ǚ绞教峁﹨⒖肌?/p>

1 材料與方法

1.1 標(biāo)本及處理

研究用標(biāo)本為4具成人脊柱-骨盆尸體標(biāo)本。死亡時年齡為32～56歲，平均（39.25±7.46）歲。所有尸體標(biāo)本已經(jīng)10%中性甲醛固定6個月以上，取下L3完整骨盆段，去除肌肉，僅保留骶棘韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶、恥骨聯(lián)合及骶髂關(guān)節(jié)和腰椎韌帶等結(jié)構(gòu)。行X線攝片檢查，排除骨折、腫瘤、炎癥及解剖學(xué)變異。用雙層塑料袋密封,置-20°冰箱內(nèi)保存。

1.2 骶骨部分切除與腰髂固定模型的建立

將標(biāo)本在室溫下徹底解凍，并用生理鹽水浸泡24 h。標(biāo)本近、遠端分別用包埋劑固定。

骶骨部分切除：將S1以下骶骨部分，即S1孔下緣連線以下的骶骨部分切除，并將附著韌帶和骶骨側(cè)骶髂關(guān)節(jié)面橫向切除（圖1）。

圖1 骶骨部分切除與腰髂固定模型的建立 1a:DISDR-TL的固定外觀 1b:DISDR-TL固定后的正位X線片顯示內(nèi)固定位置良好

4具標(biāo)本，依次進行以下雙側(cè)L4-L5-髂骨SPF固定和力學(xué)測試：（1）單釘單棒固定 （single iliac screw and single rod,SISSR）；（2）雙釘單棒固定（du?al iliac screws and single rod,DISSR）；（3）雙釘雙棒固定（dual iliac screws and dual rods,DISDR）；（4）雙釘雙棒連接固定+橫連固定（dual iliac screws and du?al rods plus transverse links,DISDR-TL）。DISDR-TL的固定外觀與影像見圖1。

固定系統(tǒng)為上海三友公司的USS I椎弓根釘棒系統(tǒng)。于L4和L5左右側(cè)分別置入直徑6.0 mm和長度45 mm的椎弓根螺釘。進釘點定于橫突中點連線與上關(guān)節(jié)突外緣的交點。探錐平行于椎體的上終板刺入椎體，深度達45 mm后拔出，再用直徑5.5 mm絲攻擴髓后旋入椎弓根螺釘。然后，在標(biāo)本髂后上棘處分別置入2枚髂骨釘。以髂后上棘頂點為中心切除30 mm×20 mm髂骨，以橢圓形截骨面的上、下中心點為髂骨雙釘?shù)倪M釘點，分別用探錐指向髂前下棘，在髂骨內(nèi)外板之間開路，然后用直徑7.0 mm絲攻擴髓深至70 mm后，將直徑8.0 mm和長度70 mm的髂骨釘擰進釘?shù)馈?/p>

每完成一種固定模型，拍攝正側(cè)位X線片,確認(rèn)螺釘位置正確，進行力學(xué)測試。

1.3 力學(xué)測試

將標(biāo)本頭、尾端包埋塊與電子萬能試驗機（濟南凱恩試驗機制造有限公司，中國）的上、下夾具緊密固定。對標(biāo)本近端別施加5個循環(huán)的0～500 N軸向壓力，以及-7-7 N · m 軸向扭轉(zhuǎn)[4，5，8]，記錄第 4 個循環(huán)的數(shù)據(jù)，繪制軸向壓縮的應(yīng)力-位移曲線，以及扭轉(zhuǎn)載荷的扭矩-角位移曲線（圖2）。根據(jù)公式：剛度=力/位移，計算樣本的壓縮剛度和扭轉(zhuǎn)剛度值。

圖2 力學(xué)測試結(jié)果 2a:SISSR組的力-位移曲線 2b:扭矩-角位移曲線

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件包對實驗數(shù)據(jù)進行分析。數(shù)據(jù)以均數(shù)±s標(biāo)準(zhǔn)差表示，多組數(shù)據(jù)之間的比較采用單因素方差分析，進一步的兩兩比較采用LSD檢驗。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 固定裝置評價

所有椎弓根螺釘和髂骨釘均準(zhǔn)確置入，髂骨螺釘未逸出內(nèi)外板或穿入髖臼。所有4具標(biāo)本通過一次力學(xué)測試后，外觀均無損毀，結(jié)構(gòu)保持完整。X線片檢查均未見螺釘周圍有“骨透亮帶”，腰-髂部的矢狀面和冠狀面序列與測試前相同。

2.2 壓力剛度

力學(xué)測試結(jié)果見圖1、表1。壓縮剛度由小至大依次為：SISSR組＜DISSR組＜DISDR組＜DISDR-TL組，四組間壓縮剛度的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）。兩兩比較表明，SISSR組和DISSR組間壓縮剛度的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），DISDR組和DISDR-TL組的壓縮剛度均顯著高于SISSR組（P＜0.05）；而DISSR組、DISDR組和DISDR-TL組三組間的壓縮剛度差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

表1 四組固定模型力學(xué)測試結(jié)果（n=4，±s）與比較

表1 四組固定模型力學(xué)測試結(jié)果（n=4，±s）與比較

images/BZ_68_204_2751_474_2817.pngimages/BZ_68_474_2751_820_2817.pngimages/BZ_68_204_2883_474_2949.pngSISSR組images/BZ_68_474_2883_820_2949.png1 4 2.2 3±1 7.4 3扭轉(zhuǎn)剛度（N m/d e g）2.6 2±0.2 5 2.7 2±0.3 1 D I S D R組D I S D R-T L組P值1 7 7.2 2±8.2 2 1 8 1.3 4±1 0.7＜0.0 0 1 3.3 8±0.1 8 3.6 2±0.1 5＜0.0 0 1

2.3 扭轉(zhuǎn)剛度

扭轉(zhuǎn)剛度由小至大依次為：SISSR組＜DISSR組＜DISDR組＜DISDR-TL組，四組間扭轉(zhuǎn)剛度的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）。兩兩比較表明，SISSR組和DISSR組的扭轉(zhuǎn)剛度差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），但是，DISDR組和DISDR-TL組的扭轉(zhuǎn)剛度均顯著高于SISSR組和DISSR組（P＜0.05）；DISDR組與DISDR-TL組間扭轉(zhuǎn)剛度的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），DISDR-TL組顯著高于DISDR組。

3 討論

人的尸體脊柱標(biāo)本是進行體外生物力學(xué)實驗的理想材料[9-11]。為探究4個固定結(jié)構(gòu)剛度的差異，本研究進行了嚴(yán)格對照設(shè)計。本實驗使用的尸體標(biāo)本保留了L4/5、L5/S1椎間盤，盡可能的模擬臨床實際應(yīng)用，全面評價內(nèi)固定復(fù)合體的生物力學(xué)強度。此外，雖然在相同4個標(biāo)本進行多種固定模式，多次力學(xué)測試，但作者保持在L4、L5和髂骨僅一次建立釘?shù)乐冕?，并由簡入繁進行固定模式與力學(xué)測試的疊加更替。此外，每次力學(xué)測試均未造成結(jié)構(gòu)的損毀，保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

本研究最重要的發(fā)現(xiàn)是，隨著SPF結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加，其結(jié)構(gòu)壓力剛度和扭轉(zhuǎn)剛度顯著增加。目前，文獻中有關(guān)骶骨腫瘤的報道，多側(cè)重于探討腫瘤的切除方法，對于骶骨腫瘤切除后穩(wěn)定性重建的研究較少。雙側(cè)腰-髂骨釘棒固定在全骶骨切除重建早期就有人應(yīng)用，被認(rèn)為可以連接雙側(cè)髂骨、恢復(fù)骨盆后環(huán)、提高軸向旋轉(zhuǎn)強度，但Macki等[12]的研究表明，與本研究DISDR相同的雙側(cè)雙髂骨釘雙棒（4釘4棒）固定與本研究相同的SISSR（2釘2棒）固定比較具有力學(xué)上的優(yōu)勢，但與本研究DIS?DR-TL相同的添加橫連接固定并沒有力學(xué)上的優(yōu)勢。本研究表明，在壓力剛度方面，DISDR-TL優(yōu)于DISDR，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但是在扭轉(zhuǎn)剛度方面，DISDR-TL顯著優(yōu)于DISDR，差異有明顯統(tǒng)計學(xué)意義。說明橫連接主要增強旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。本研究與Macki等的結(jié)果仍有差異，分析原因主要與檢測指標(biāo)不同有關(guān)。

有學(xué)者認(rèn)為S2翼髂螺釘比改良Galveston技術(shù)有更好的生物力學(xué)穩(wěn)定性[13，14]，但是骶骨腫瘤切除造成骶髂關(guān)節(jié)不穩(wěn)時S2已經(jīng)切除，所以目前主流的固定技術(shù)為腰-髂固定。郭衛(wèi)等[15]認(rèn)為在累及高位骶骨的骶骨腫瘤的外科治療中，腫瘤切除會影響脊柱、骨盆環(huán)的穩(wěn)定性，如不進行重建，會導(dǎo)致患者臥床時間延長，而在腫瘤切除后對腰-髂穩(wěn)定性進行重建有利于患者早期下床活動。腰髂固定雖然在矯正畸形和獲得即刻穩(wěn)定方面效果顯著[16]，然而由于重建結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性各異，髂骨螺釘松動率也不同。本實驗從開始就制作了骶髂關(guān)節(jié)不穩(wěn)的模型，初步固定方式就是髂骨單釘?shù)墓潭?，然后依次改變固定方式，選擇髂骨雙釘單棒連接固定、髂骨雙釘雙棒連接固定和髂骨雙釘雙棒連接固定+橫聯(lián)固定，比較四組模型連接的生物力學(xué)差異。本研究的結(jié)果提示，臨床應(yīng)根據(jù)患者具體情況選擇SPF固定方式，復(fù)雜固定方式可獲得更穩(wěn)定的固定重建結(jié)果。

綜上所述，作者認(rèn)為骶骨部分切除應(yīng)采用腰椎-髂骨單釘固定方式進行固定，而骶骨全切除或患者體重較大時，應(yīng)增加固定的復(fù)雜程度，其中，雙釘雙棒連接固定+橫連接固定抗扭轉(zhuǎn)剛度最強，是穩(wěn)定性最強的固定方式。