背景上胸椎手术对脊柱外科医生来讲具有一定的挑战性。首先,这一区域在解剖上位于颈椎和胸椎的交界处。此区域不同于颈椎和胸椎的解剖特点,需要有独特的内固定系统用来维持上胸椎稳定。另外,上胸椎位于活动度较大的颈椎和相对固定的胸椎之间,只有足够强度的内固定装置才能承担此区域的复杂应力。因此,找到既安全又方便操作简单且生物力学可靠的内固定,是上胸椎手术的重要保障。在下颈椎,侧块螺钉钉板或钉棒系统是最常用的内固定方式。下颈椎侧块宽大,置入侧块螺钉既安全又有效。确定好进钉点和进钉角度后,侧块螺钉可以在C3-C6顺利打入。但是在C7节段,侧块形态较其他颈椎有所差别,侧块变细拉长,打入侧块螺钉难度增大,常常会导致穿出侧块,损伤神经根或周围组织。到目前为止,后路固定仍然是用于上胸椎稳定和融合的主要手段。常用的内固定方式包括棘突间钢丝,椎板下钢丝,椎板钩及椎弓根螺钉。钢丝技术操作简单,但是要求棘突椎板等后结构的完整性。椎板钩同样要求后结构完整性,而且钩子进入椎管,会造成医源性的椎管狭窄和潜在的脊髓损伤。和以上固定技术相比,椎弓根螺钉近年来在临床应用日益增加。其优点在于良好的三柱控制和生物力学稳定性。但是,椎弓根三维结构复杂且变异较多,上胸椎置入椎弓根螺钉技术要求较高,且有损伤脊髓和神经根的风险。有报道称,胸椎椎弓根螺钉置入时椎弓根穿破比例可高达38.9%。所以对于椎弓根先天细小,椎弓根变异较大的病人要格外谨慎。考虑到以上因素,我们试图寻找一种既足够稳定,又能减少神经损伤风险的固定方式,作为上胸椎固定的有效补充手段。经关节螺钉在颈椎和腰椎融合手术中应用较多,其优势体现在良好的抗拔出强度,疲劳断裂率较低,损伤脊髓和神经的风险小,另外操作也相对简单。创伤、炎症、肿瘤以及先天性畸形等导致的上颈椎骨质、韧带、滑膜关节破坏,继而产生寰枢椎不稳或脱位,大多需要采用寰枢椎融合进行治疗。寰枢椎经关节螺钉是进行寰枢椎融合的重要方式。符合生物力学张力带原则,提供足够的稳定性。在下颈椎,生物力学研究表明经关节螺钉具有比侧块螺钉更强的抗拔出强度。在腰椎,ALIF手术中应用经关节螺钉固定,融合率从75%提高到98%。同时,经关节螺钉钉道距离椎管较远,损伤脊髓和神经的风险大大降低了。然而到目前为止,经关节螺钉用于上胸椎的相关研究还比较少。本课题通过对成人上胸椎CT扫描结果的测量,掌握上胸椎关节突关节基本解剖参数。在CT扫描影像上进行经关节螺钉的模拟置入,经过图像分析得出经关节螺钉置入的合理角度,测量安全钉道长度。根据影像学测试结论及推荐的置钉方法,在成人上胸椎标本上打入经关节螺钉,测量螺钉钉道长度以及钉尖穿出点距离上下神经根距离。对置钉后标本进行CT扫描,判断螺钉置入效果。随后,本课题通过对离体标本进行生物力学测试,比较经关节螺钉钉棒系统,单独经关节螺钉与传统的椎弓根螺钉钉棒系统固定后,脊柱三维活动范围及生物力学稳定性的差异,为下一步的临床应用提供了理论指导和技术支持。目的1.通过对上胸椎关节突关节CT影像各个径线的测量,掌握上胸椎关节突关节基本解剖参数。以此为基础,提出上胸椎经关节螺钉合适进钉点,进钉角度和安全的钉道长度。2.通过对成人干燥上胸椎标本进行测量,掌握各椎体上下关节突宽度及高度。在影像学测量提出的置钉策略的指导下,对成人尸体标本进行上胸椎经关节螺钉固定。测量钉道长度及钉尖穿出点距离上下神经根的距离。对置钉后标本进行X线检查及CT扫描,分析螺钉置入效果。3.通过离体标本的生物力学测试研究,对单独经关节螺钉,经关节螺钉钉棒系统以及椎弓根螺钉钉棒系统进行比较,测定上胸椎失稳标本固定前以及各种固定方式固定以后的三维活动度,评价经关节螺钉的生物力学稳定性。方法1.男女性各20例行上胸椎CT扫描,在冠状面及矢状面对C7-T1关节突关节进行形态学分析。在CT图像上模拟置钉,测量螺钉在矢状面及冠状面的成角,同时测量螺钉的安全长度。2.选取成人干燥脊柱标本40具,其中男20具,女20具,排除骨结构变异或异常标本。选择C7-T3节段共160个椎骨。采用上海产红旗牌游标卡尺对各椎体上下关节突宽度及高度进行测量。在影像学测量提出的置钉策略的指导下,对成人尸体标本进行上胸椎经关节螺钉固定。测量钉道长度及钉尖穿出点距离上下神经根的距离。对置钉后标本进行X线检查及CT扫描,分析螺钉置入效果。3.选取新鲜成人上胸椎标本(T1-T3)8例,进行可靠的包埋后,在完整状态下测试前屈,后伸,侧曲及旋转活动度。制造上胸椎不稳定模型,随后分别用椎弓根螺钉钉棒系统,经关节螺钉钉棒系统和单独经关节螺钉固定不稳模型,测定不稳状态和三种固定状态的活动度,测试方法与前述相同。结果1.下关节突最小宽度和厚度出现在女性T3,男性C7水平。螺钉钉道长度介于14.9-20.5mm之间。各个节段测量结果在男女之间均有显著性差异(P﹤0.05)。螺钉在冠状面角度介于19.3°-20.1°之间,矢状面角度介于44.3°-45.7°之间。各角度数值在男女之间没有统计学差异。2.标本置钉后行X线检查,并将螺钉在冠状面及矢状面进行三维重建,结果显示所有螺钉均顺利置入,螺钉位于关节突关节复合体内,无螺钉穿入椎管,无关节突骨折或断裂。C7-T3上关节面的宽度为9.4～10.1mm,高度为8.1～8.8mm。下关节面的宽度为9.4～9.9 mm,高度为8.1～8.7 mm。经关节螺钉钉道长度最短15.9mm,最长为18.1mm。钉尖距离上位肋间血管神经的平均距离为5.7±0.9mm,距离下位肋间血管神经的平均距离为4.1±0.6mm。3.脊柱失稳标本在前屈,后伸,侧曲及旋转方向上活动度增大。三种内固定方式固定后在各个方向上,均能较大地减少脊柱活动度(P<0.01),提高脊柱稳定性。但是三种内固定方式之间无显著性差异。结论1. C7- T3关节突关节各项测量结果为选择适当长度和直径的经关节螺钉,以及理想的进钉方式提供了依据。2.经过详细的影像及解剖学分析,本研究所提出的经关节螺钉置钉技术能够在上胸椎安全置入,螺钉远离重要的血管神经组织,钉道安全,副损伤的可能性极低,在临床上应用具有较强的可行性。3.生物力学研究表明,本研究所采用的生物力学模型可靠。经关节螺钉钉棒系统或单独经关节螺钉固定技术均能提供与椎弓根螺钉相似的生物力学性能,后路经关节螺钉可以做为上胸椎固定的有效补充。