研究背景上颈椎及颅底病变常伴随延髓脊髓等部位受压、并发症严重,且位置深在、毗邻复杂,治疗处理较困难。寰枢椎融合术是处理寰枢椎疾患较常用的手术方式,特别是在处理先天性或获得性寰枢关节脱位、寰枢关节不稳、颅底凹陷症等疾病时应用广泛。首先经口咽前路深入寰枢椎病变部位,对寰枢椎关节周围增生瘢痕、骨痂等组织进行充分松解、然后进行确切方式将上移的齿突下拉到正常的解剖位置,使寰枢关节复位、恢复椎管有效容积,最后行前路或者后路固定,再行寰枢椎椎间或侧块关节间植骨达到融合的目的。据文献报道,目前寰枢椎融合术常用的固定方式有经口前路寰枢椎复位钢板固定(Transoral atlantoaxial reduction plate, TARP)及后路寰枢椎椎弓根螺钉+钛棒固定(后路Cl-C2钉棒)。目前TARP钢板已发展到第Ⅲ代产品,依据正常人体寰枢椎前缘解剖梯度进行设计,调整了钢板的形状,同时改枢椎椎弓根螺钉为逆向椎弓根钉固定,大大增强了螺钉的固定强度,TARP钢板的附贴程度进一步提升,结合逆向椎弓根钉对寰枢椎的复位固定效果进一步提升,提高了固定稳定性。相关研究报道,寰枢椎融合术中采用前路TARP钢板固定与采用后路椎弓根钉棒固定系统固定均具有良好三维稳定性,能够提供维持寰枢椎复位状态所需的力学要求。但要达到寰枢椎融合的最终目的,坚强的固定只是必备条件之一。目前采用髂骨植骨结合前路或后路固定的寰枢椎融合术仍存在较多不足：1.均采用髂骨植骨达到寰枢椎融合的目的,髂骨植骨相关并发症不可避免；2.前路TARP钢板固定系统及后路椎弓根钉棒固定系统均为医用钛合金材料,进行寰枢椎固定存在应力遮挡效应,植骨块融合过程中破骨细胞吸收、成骨细胞生长同时进行,前期破骨细胞起主要作用,从而植骨块压力负担减小,据woff定律不利于寰枢椎融合；3.寰枢椎侧块关节面向两侧有一定角度倾斜,随着前期破骨细胞吸收,压力负荷减小,植入的髂骨块存在滑脱可能性。脊柱椎间融合器已在临床应用多年,颈椎、胸椎、腰椎均有比较成熟的融合器应用于临床,经长期验证临床疗效确切,大大提高了椎间融合的效果,有效的减少单纯固定、单纯植骨的相关并发症。与单纯植骨融合相比较,椎间融合器能够恢复椎间隙高度,使减压后松弛的椎间韧带、软组织恢复一定张力,使皱缩的黄韧带伸长,扩大椎间孔容积,进一步达到减压目的,缓解椎管狭窄症状、避免神经根受压；此外撑开-压缩张力带效应起到自动加压进一步加增脊柱的稳定性,恢复脊柱生理曲度；同时椎间融合器的使用能够使脊柱的纵向负荷及剪切应力分配到脊柱的前中柱,从而避免应力集中,为植骨融合提供了良好的力学环境。目前融合器材料种类包括：金属融合器、生物非可吸收融合器、生物可吸收融合器、异体骨融合器。各种材料融合器均存在一定的缺陷,生物可吸收材料是运用前景较好的植入材料,但目前处于初始运用阶段,运用的长期效果不确定。peek材料是目前融合器制作广泛采用的生物活性材料,制作工艺成熟、支撑效果确切,无细胞毒性、无组织刺激性及免疫反应具有良好的生物化学相容性和生物力学相容性,此外可透过X射线、可行CT及MRI检查,所以本研究采用PEEK材料制作侧块关节融合器。研究目的本研究拟采用课题组前期已经完成的成人寰枢椎影像学测量数据,设计制作经口前路途径放置的寰枢椎侧块关节融合器,并进行体外尸体标本力学测试,评价融合器的使用对不同固定方式力学稳定性的影响；在动物模型进行体内融合试验,通过大体观察、影像学分析及组织学观察的方法,评估其使用时寰枢椎融合术的融合效果,为后期临床应用提供试验依据。研究方法1采用课题组前期已经完成的50例成人寰枢椎影像学测量数据。将CT扫描的原始数据和重建后数据传至／yvantage Windows4.4工作站进行图像后处理。测量指标包括(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。根据融合器设计要求,设计寰枢椎侧块关节融合器及其把持器械。2采用6具男性新鲜冰冻颈椎标本,年龄在25-60岁、平均37岁。排除颈椎疾病,取枕骨至第4颈椎(Co-C4)。仔细剔除脊柱外附着肌肉,注意保留完整的骨骼、韧带及椎间关节囊,制备正常完整对照试验组标本。使用聚甲基丙烯酸甲酯包埋枕骨和C3-C4椎体,对正常对照组进行力学测试。然后建立寰枢椎不稳模型：从枕骨大孔进入椎管,切除齿状突周围附着的韧带及一部分覆膜,包括十字韧带、翼状韧带、尖韧带,破坏寰齿前韧带及寰齿关节囊。行融合手术：cage组选择合适规格cage将填满髂骨粒的融合器经前路放置于侧块关节间,髂骨块组使用髂骨松质骨块放置于侧块关节间。分别采用第Ⅲ代TARP钢板系统固定及寰枢椎椎弓根螺钉固定。每个标本按随机原则,以完整对照组、前路固定组、后路固定组的顺序进行测试。利用MotionAnalysis.co.6Eagle系统(美国魔神运动分析技术公司)进行测量。使用图像处理系统Raindrop Geomagic (Research triangle park, NC)测量并计算C1/C2节段运动范围及运动角度ROM。3选取符合试验要求的、大小体重相近的雌性小型猪,将试验小型猪按随机原则编号分组,共12号,分为两组分别行寰枢椎植骨融合内固定术：A组,1-6号行cage置入；B组,7-12号行髂骨块置入。分别于术后即刻、术后4周、8周、12周、24周摄小型猪正、侧位X片。观察小型猪手术后内固定装置是否发生松动、移位、断裂等情况,并观察融合器、植骨块有无脱出、寰枢椎移位、对位关系变化等情况的发生；术后24周处死(静脉内注射过量苯巴比妥纳),取小型猪寰枢椎部分,大体观察钢板固定、寰枢椎侧块关节融合情况,然后作CT影像检查,采用CT融合率评分进行统计；术后同时进行局部反应观察与软组织检查,大体观察,生命体征,伤口情况,颈部淋巴结有无肿大,评价植入部位的局部病理作用。最后行骨组织分析,所有试验动物寰枢椎标本均进行切片染色进行骨组织观察。研究结果1.设计并制作了PEEK材料经口前路前路放置的寰枢椎侧块关节融合器,生产出不同规格样品。2.生物力学试验提示：寰枢椎侧块关节融合术中,前路TARP钢板系统固定与后路椎弓根钉棒系统固定力学稳定性无显著性差异；寰枢椎侧块关节融合术中采用前路TARP钢板系统固定结合融合器的使用比置入髂骨块活动范围更小,具有更好三维稳定性,伸屈方向具有显著性差异。采用后路椎弓根钉棒系统固定得到相似的效果。3. X线检查：寰枢椎内固术后,A组cage置入后,各时间点观察发现：融合器及内固定物有无松动、断裂、移位等情况发生,寰枢关节位置良好、对位关系未发生变化。B组髂骨块组,6只实验猪术后观察发现：11号小型猪术后4周X线结果提示右侧髂骨块稍向外侧移位,约有2mm,经过后续的观察,移位程度未继续增加。髂骨组其他小型猪内固定装置及髂骨块固定良好,无移位等情况发生。Tarp钢板系统在寰枢椎融合术中起到了良好的固定作用。CT观察,24周时两组寰枢椎侧块关节融合界面均见较多的骨性连接髂骨组融合评分为25.91±1.72,cage组CT层面融合评分：25.50±1.58,髂骨组融合评分略高于cage组融合评分,但是两者并无统计学差异。组织切片观察,在光镜下,HE染色条件下可见cage组cage缘与椎骨间较多被染成淡红色新生骨和纤维性骨痂形成,cage缘与椎骨间存在不同成熟阶段的骨小梁与宿主骨小梁发生连接,同时在cage及椎体缘可看到较多成骨及破骨细胞存在大部分骨小梁已完成改建成熟,cage内植骨-椎骨界面已完成骨融合,周边部分区域可观察到染成红色类骨质。髂骨组髂骨与椎骨间也同样存在较多被染成淡红色新生骨和纤维性骨痂,不同成熟阶段的骨小梁与宿主骨小梁发生连接植骨-椎骨界面已完成骨融合,周边部分区域可观察到染成红色类骨质。研究结论1.试验表明我们设计制作的PEEK材料寰枢椎侧块关节融合器,能够增加寰枢椎融合术中前路及后路固定的三维稳定性,特别是结合前路第Ⅲ代TARP钢板系统固定,稳定性最佳。2.融合器在寰枢椎融合的整个过程中均能达到良好的支撑作用,上下波纹状突起能够很好的防止融合器的滑脱。3.通过影像学及组织学观察发现,融合器的使用能够有效维持寰枢椎术后寰枢关节的稳定性,防止滑脱,减少相关并发症的产生,为植骨融合提供了良好的力学环境,减少单纯固定、单纯植骨的相关并发症,促进植骨融合。