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背景:腰椎管狭窄症(Lumbar spinal stenosis,LSS)作为临床最常见的脊柱外科疾病之一,当药物治疗无效、开始出现马尾功能障碍或进行性神经功能恶化时即应考虑手术治疗,但是疗效常不尽如人意。我们提出经椎弓根椎管扩大成形术的设想,即通过微创的方法将椎弓根截断,并后移椎弓根以及椎板等后部结构,从而达到增大椎管,解除脊髓神经压迫的目的。前期研究发现,当椎弓根离断并分别延长2mm、4mm、6mm时,椎间孔及椎管孔径均可明显增加。目的:设计一种新型椎弓根延长固定装置(Novel extensible pedicle fixture,NEPF),探讨其在椎体内的可行性、安全性、实用性及生物力学稳定性,为临床治疗腰椎管狭窄的新型手术方式提供一种合理、良好稳定性的椎弓根延长螺钉(Extensible pedicle screw, EPS)。方法:选取平均年龄64岁的完整湿润脊柱标本(L1-S1)6具,平均骨密度为0.857±0.156g/cm~2。随机分为A、B两组,每组3具脊柱标本。测量A组L2椎弓根长度(对照组Ⅰ),在椎弓根前1/3处用线锯锯断,置入椎弓根延长螺钉,并记录此时L2椎弓根长度(对照组Ⅱ),调节1.5圈,2圈,2.5圈,3圈并分别记录此时的L2椎弓根长度(实验组),再按相同方式完成L4椎弓根的延长性能试验。同上B组完成L3椎弓根、L5椎弓根的延长性能实验。选取平均年龄67岁的完整湿润脊柱标本(L2-L5)6具,平均骨密度为0.794±0.078g/cm~2,共24个椎体。随机分为C、D两组,每组12个椎体,C组椎体于一侧置入对照组常规椎弓根螺钉后将椎体前柱牙托粉包埋,行最大轴向拔出力实验,完成后在椎弓根的前1/3处锯断双侧椎弓根,于另一侧置入椎弓根延长螺钉并调节1.5圈后,将椎体前柱、中柱、椎弓根处牙托粉包埋,行最大轴向拔出力实验,D组在椎弓根的前1/3处锯断,于椎体松质骨及椎弓根双侧分别置入椎弓根延长螺钉和对照组常规椎弓根螺钉,测量并记录两组螺钉在椎体松质骨、椎弓根内的最大轴向拔出力。另取30个新型螺钉在初始及分别调节内芯1.5圈,2圈,2.5圈,3圈(每组6个)和6个对照组常规椎弓根螺钉行三点弯曲实验。结果:对照组ⅠL2~L5椎弓根的长度分别为15.52±0.71mm、16.00±0.82mm、16.71±0.74mm、18.42±0.87mm,对照组ⅡL2~L5椎弓根分别为14.75±0.73mm、15.16±0.74mm、15.90±0.69mm、17.54±0.87mm,低于对照组Ⅰ,两者比较有统计学差异(P<0.05);L2~L5椎弓根的长度随调节内芯圈数增加而增加,当螺钉内芯调节1.5圈时,螺钉实际撑开距离在L2~L5椎弓根中均小于2mm;调节内芯2圈,2.5圈,3圈时,螺钉实际撑开距离均大于2mm。螺钉内芯调节1.5圈及2圈时,椎弓根实际延长距离小于2mm;螺钉内芯调节2.5圈,3圈时,实际延长距离均大于2mm。对照组螺钉在椎体内的整体最大轴向拔出力为735±119N,椎弓根延长螺钉为609±132N,两组相比较有统计学意义(P<0.05),对照组螺钉在椎体松质骨内的最大轴向拔出力为348±70N,椎弓根延长螺钉为319±77N,两组相比较有统计学意义(P<0.05),对照组螺钉在椎弓根内的最大轴向拔出力为426±79N,椎弓根延长螺钉为433±88N,两组相比较无统计学意义(P>0.05)。对照组常规柱状锥形椎弓根螺钉的平均极限弯曲载荷为3279±217N,新型椎弓根延长螺钉在未调节内芯及调节内芯1.5圈,2圈,2.5圈,3圈时,平均极限载荷分别为2289±173N, 1987±118N,1952±96N,1910±88N,1889±53N,差别有统计学意义(P<0.05)。新型椎弓根延长螺钉在未调节内芯与调节内芯1.5圈,2圈,2.5圈,3圈时相比,差别有统计学意义(P<0.05),而调节内芯1.5圈,2圈,2.5圈,3圈时组间相比,差别无统计学意义(P>0.05)。结论:新型设计的椎弓根延长固定装置,操作简便,能够实现延长离断椎弓根的效果,其三点弯曲强度低于相同直径的常规柱状锥形椎弓根螺钉,椎体及椎体松质骨内最大轴向拔出力低于柱状锥形钉,椎弓根内最大轴向拔出力与柱状锥形钉相近。