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背景后路寰枢椎融合术是解决寰枢椎脱位或不稳的主要手段,其是用内固定方法将松动的寰椎与相邻的枢椎固定,并在寰椎及枢椎间植骨以促进寰枢椎融合并最终达到寰枢椎的稳定。后路内固定技术中,由于寰枢椎融合的需要,植骨块需要放置在寰枢椎后弓之间,因此,完整的寰椎后弓成为实施寰枢椎融合的必要条件。但在一些寰椎后弓先天性缺如或需行寰椎后弓切除减压的患者,后路寰枢椎融合将无法实施。此种情况下,另外的寰枢椎融合方式将成为替代。椎间融合器在下颈椎及腰椎的广泛应用,已成为椎体间融合的主要方式。因此,理论上,利用寰枢椎侧块关节融合器进行寰枢椎侧块融合,可成为寰枢椎后弓缺如或切除后寰枢椎后路植骨融合难以实施的替代融合方式,从而避免枕颈融合,以尽量保留患者术后颈椎活动度。目的本课题旨在设计一种寰枢椎侧块关节融合器,与寰枢椎椎弓根螺钉技术相结合后,可在寰椎后弓缺如的情况下,行寰枢椎侧块关节间融合,从而避免枕颈融合,以尽量保留患者术后颈椎活动度。通过一系列的相关实验研究达到如下目的:1.通过解剖学及CT三维重建影像学测量获得与植入操作及寰枢椎侧块关节融合器设计相关的解剖数据,为设计提供依据。2.研制出寰枢椎侧块关节融合器,在植入寰枢侧块关节间隙后,与寰枢椎椎弓根螺钉技术相结合,行寰枢椎侧块关节间融合,从而避免枕颈融合,以尽量保留患者术后颈椎活动度。3.通过离体标本的生物力学测试研究,与其他目前常用的内固定方式进行各方向活动度的对比,对其生物力学稳定性等进行评估。4.建立寰枢侧块融合器联合寰枢椎椎弓根螺钉内固定装置三维有限元模型,分析其在不同状态下的生物力学稳定性能及应力分布情况。为之后融合器的改进设计提供依据参考。方法1.选取35套寰枢椎干燥骨标本及46套正常的寰枢椎CT三维重建片进行解剖学及影像学测量。测量内容包括:①寰椎侧块关节面矢状径,②寰椎侧块关节面横径,③枢椎侧块关节面矢状径,④枢椎侧块关节面横径,⑤寰枢关节间隙高度。根据测量结果设定侧块融合器的尺寸。2.参考解剖学及影像学测量结果,完成侧块融合器的设计。3.以6具新鲜冷冻尸体人体颈椎标本为实验对象进行生物力学测试研究。标本按照正常、破坏、经寰枢关节螺钉+Gallie钛缆(Magerl+G)、寰枢椎椎弓根螺钉(C1+C2)、寰枢侧块关节融合器联合寰枢椎椎弓根螺钉(C1+C2+Cage)的顺序,分别进行前屈、后伸、左侧屈、后侧屈、左旋、右旋测试,结果进行统计学处理及分析。4.在前期研究已经建立的上颈椎正常及不稳的三维有限元模型基础上,将本实验的C1+C2及C1+C2+Cage两种内固定系统进行加载,分析内固定在前屈、后伸、侧屈和旋转方向上的运动范围及寰枢关节面的应力分布情况。结果1.左右两侧对比无统计学差异。影像学测量的结果分别为:寰椎关节面矢状径16.96±1.41mm、横径16.27±1.36mm,枢椎关节面矢状径17.69±1.37mm、横径16.32±1.33mm、寰枢侧块关节间隙3.0±0.5mm。2.根据测试结果,将融合器的形状设计为近似长方体,平均宽度设计为9mm,平均长度设计为12mm,平均高度设计为3.5mm。本设计已经获得国家发明专利。3.正常组在各个方向上的三维运动范围分别为屈伸17.78°±3.78°,侧屈9.56°±1.20°,旋转44.19°±4.34°。破坏组在各个方向上的三维运动范围分别为屈伸30.69°±4.91°,侧屈17.18°±1.53°,旋转57.30°±11.01°。与正常组比较,分别增加72%(P<0.01),76%(P<0.01),29%(P<0.01)。两者比较差异有统计学差异。所有内固定组其稳定性均明显高于正常组和破坏组,差异具有统计学意义(P<0.01),所有状态的前屈和后伸及左右两侧的数值趋向一致。Magerl+G组,C1+C2组,C1+C2+Cage三组内固定组与正常组和破坏组相比较,在各个运动方向上均有最小的ROM值,差异有统计学意义。三组之间比较,在屈伸方向上,其稳定性依次为Magerl+G组(2.25°±0.33°)>C1+C2组(2.73°±0.47°)>C1+C2+Cage组(2.94°±0.19°),三组之间差异无统计学意义。在侧屈方向上,其稳定性依次为C1+C2+Cage组(1.80°±0.31°)>Magerl+G组(1.91°±0.20°)>C1+C2组(2.05°±0.30°),三组之间差异无统计学意义。在旋转方向上,其稳定性依次为C1+C2+Cage组(1.13°±0.31°)>Magerl+G组(1.22°±0.36°)>C1+C2组(3.91°±1.39°),三组之间差异无统计学意义。4.建立了正常寰枢椎、寰枢椎脱位、C1+C2及C1+C2+Cage四种有限元模型。两种内固定方式在各种工况下均明显降低寰枢椎的活动度。其中,C1+C2+Cage的活动度为最小。融合器的应力主要集中其后方尾部。结论基于寰枢椎侧块的解剖学测量,我们研制了寰枢椎侧块关节融合器。利用离体生物力学实验,比较C1+C2+Cage技术与Magerl+G和C1+C2两种常用的内固定方式的力学稳定性。结果显示,C1+C2+Cage内固定技术与目前常用的内固定技术一样,可以为寰枢椎提供良好的稳定性,并能够提供额外的寰枢椎植骨融合点。因此,此项技术可成为寰椎后弓缺如患者寰枢椎融合的良好选择。