1背景寰枢椎脱位是颈椎外科较为常见的疾患,大部分需要外科手术干预。传统方法主要是行寰枢椎融合术,但是,其前提是牺牲寰枢椎活动为代价,特别是旋转功能。为此,寻求一种既可以维持寰枢椎稳定性,又可保留寰枢椎活动功能的方法是脊柱外科医师致力研究的课题,下颈椎及腰椎非融合技术的中长期效果令人鼓舞,同时也为保留寰枢椎活动功能的可能性提供现实依据。前路人工寰齿关节置换术就是一个很好的尝试,但该法适应证有限,而且手术视野小,操作难度大,并发症较多。而后路手术视野大,重要结构较少,对脊髓后方受压需要切除寰椎后弓者更为合适。椎弓根螺钉技术使寰椎的坚强把持力成为可能。2目的本研究旨在设计一种基于寰枢椎椎弓根螺钉基础上后路寰枢椎限制性非融合内固定装置,此技术的优点是对寰枢椎固定的基础上保留寰枢椎间的轴位旋转及侧屈功能,同时对脱位有一定的复位作用。通过一系列的相关实验研究达到如下目的:2.1通过测量活体CT重建获得与植入操作及寰枢椎限制性非融合内固定装置设计相关的解剖数据,为设计提供依据。2.2研制出具有屈伸稳定性和保留寰枢椎水平旋转及侧屈活动功能的新型寰枢椎限制性非融合内固定装置。2.3建立后路路寰枢椎限制性非融合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、活动功能及应力分布情况。为之后寰枢椎间非融合内固定的改进设计提供依据参考。3方法3.1选取上海长征医院病房及门诊患者作为研究对象,选择符合纳入标准对象,获得50套基本正常的寰枢椎CT三维重建片进行解剖学测量。测量:①C1后结节高度,②C1后结节上缘至C2椎板上缘的距离,③C1后结节上缘至C2椎板下缘的距离,④C1后结节与C2棘突最高点的水平高度差,⑤两侧C2椎弓根螺钉进针点与C2椎板上缘最高点的夹角,⑥C2椎弓根螺钉进针点与C2椎板上缘最高点的距离。根据测量结果和临床经验推算新型内固定装置的大小尺寸。3.2参考影像解剖学测量结果,完成新型内固定装置的设计。思路为控制寰枢椎前后屈伸活动,保留寰枢椎间水平旋转及侧屈的运动功能。3.3对一健康志愿男性行颈椎CT薄层扫描,利用工程软件生成颈椎实体模型,导入有限元分析软件中生成正常寰枢椎有限元模型,材料参数按文献报道选取。并验证其有效性。在正常寰枢椎模型基础上,去除横韧带,建立寰枢椎脱位模型,并在此脱位模型上分别加载传统C1-2椎弓根钉棒系统和本新型后路路寰枢椎限制性非融合内固定装置。3.4观察新型非融合内固定装置的活动度及应力分布情况。比较分析正常模型,脱位模型,寰枢椎脱位加载传统C1-2椎弓根钉棒系统模型及寰枢椎脱位加载本新型内固定装置模型的运动范围。4结果4.1寰枢椎的相关测量:C1后结节高度(10.99±1.56)mm,C1后结节上缘至C2椎板上缘的距离(18.42±3.18)mm ,C1后结节上缘至C2椎板下缘的距离(31.33±3.62)mm, C1后结节与C2棘突最高点的水平高度差(13.1±2.45)mm。两侧C2椎弓根螺钉进针点与C2椎板高点的夹角(90.4±4.8)度。C2椎弓根螺钉进针点与C2椎板高点的距离(25.38±2.49)mm。4.2成功设计出新型后路寰枢椎限制性非融合内固定装置,由4枚椎弓根万向螺钉、1根寰椎连接棒、2根枢椎连接棒和1个万向固定杆组成。寰椎连接棒为弧形实心圆柱形钛金属圆棒,其外径与椎弓根万向螺钉钉帽两侧U形凹槽相匹配。万向固定杆是用于连接寰椎连接棒和枢椎连接棒的,其由头部和体部两部分组成,头部为由空心扁球状外壳和其内的万向接头组成的万向轴承结构,扁球状外壳前后两面设有圆形开口,万向接头呈球状,可在扁球状外壳内转动,中间设有前后贯通的圆柱形空心通道,通道的圆形开口与扁球状外壳的圆形开口可调至同一方向,万向接头圆柱形空心通道的直径与寰椎连接棒中间段圆柱外径匹配,以便将寰椎连接棒的中间段插入其内并可滑动调整位置。万向固定杆的体部下方有90度展角,与2根枢椎连接棒形成螺旋连接。枢椎连接棒为单侧为螺纹的钛棒。本内固定装置的设计已经获得国家发明专利。4.3建立了正常寰枢椎、寰枢椎脱位、C1-2椎弓根钉棒系统和新型非融合内固定装置四种有限元模型。在前屈及后伸工况下,非融合内固定装置的活动度很小。在左右侧屈工况下,同侧C1椎弓根螺钉向下位移,而对侧C1椎弓根螺钉向上移动,同时C1椎体和C1连接棒会往对侧滑移,保留了侧屈功能。在左右轴向旋转工况下,C1椎体和C1连接棒沿着万向连接杆做33度水平轴向旋转,寰枢椎间的水平旋转功能大部分的保留。非融合内固定装置的应力主要集中C1,C2椎弓根螺钉尾部骨界面处,在不同工况下又有所不同。通过四种模型的比较分析,反映了本非融合内固定装置具有良好的抗屈伸功能,同时保留旋转及侧屈活动功能。5结论成功研制出符合国人成人尺寸的新型后路寰枢椎限制性非融合内固定装置,在解剖学上具有可行性,首次创新设计出可保留旋转及侧屈活动功能又具有良好的抗屈伸稳定性。基本能达到受力均衡。内固定装置通过颈后路植入,视野清楚,操作简单,在实际操作中具有可行性。但在某些设计方面需要做进一步改进,以达到更好的稳定性及可操作性。