一、研究目的寰枢椎失稳的后路手术方法比较多,包括①钢丝固定技术,如Gallie钢丝、Brooks钢丝等;②椎板夹技术,如Halifax椎板夹、Apofix椎板钩等;③钉棒or钉板技术,如寰椎侧块螺钉+枢椎侧块螺钉、寰椎侧块螺钉+枢椎椎弓根螺钉等;④枕颈融合内固定术,如:Cervifix系统及枕颈CD内固定系统等;⑤经关节侧块螺钉技术,如Magerl后路经关节侧块螺钉技术。其中Magerl螺钉生物力学强度大,植骨融合率高,术后对颈部活动影响小,而且操作简单,内固定费用低。Magerl螺钉技术已应用到临床中,并有学者对其进行了相关的基础与临床研究,传统的Magerl螺钉是以枢椎下关节突上缘3 mm,内2mm为理想的进钉点,以寰椎侧块前方皮质的中点为理想出钉点,而我们在应用该技术过程中,为进一步明确进钉点的解剖标志,提高其生物力学强度,并增加术后的稳定性,对传统的Magerl螺钉进钉点和螺钉钉道进行了改良,以枢椎下关节突下缘正中为进钉点,以寰椎侧块前方皮质中上1/3交界处为出钉点,进行相关的解剖学测量、影像学观察、生物力学测定、初步临床应用,发现改良的Magerl螺钉具有解剖标志明确、术中易定位,术后具有更强的生物力学性能,临床应用可行的优点。本研究旨在建立一套改良Magerl螺钉技术,从解剖学、影像学、生物力学、临床应用等方面对该技术进行评价、验证。主要包括:1、干燥寰枢椎骨标本的大体测量,比较Magerl螺钉、改良Magerl螺钉在解剖学技术参数上的差异,探讨改良Magerl螺钉的可行性。2、正常人螺旋CT多平面重建模拟手术,并进行解剖学测量,比较Magerl螺钉、改良Magerl螺钉在三维CT上解剖学技术参数的差异,进一步探讨改良Magerl螺钉的可行性及该术式对椎动脉损伤的风险性。3、应用三维脊柱生物力学试验机,对Magerl螺钉、改良Magerl螺钉进行三维稳定性测量,比较二者之间在生物力学上的差异。4、对以上两种术式后的标本进行疲劳试验,再行三维脊柱生物力学测试,比较Magerl螺钉、改良Magerl螺钉疲劳后二者之间的生物力学差异。5、初步临床应用,验证、评价、总结改良Magerl螺钉技术。二、材料和方法1、配套寰枢椎干燥骨标本60套,测量以下技术指标:①枢椎椎弓根高度,②枢椎椎弓根宽度,③枢椎侧块内侧高度,④枢椎椎弓根上倾角,⑤枢椎椎弓根内倾角,⑥椎动脉沟深度,⑦Magerl螺钉的钉道总长度、钉道上倾角、钉道内倾角,⑧改良Magerl螺钉的钉道总长度、钉道上倾角、钉道内倾角。比较两种钉道在大体解剖学上有无显著性差异,探讨改良Magerl螺钉进钉点、钉道的可行性。2、取正常人60例,行上颈椎CT扫描多平面重建,在三维重建立体图像上模拟两种手术,通过三维图像的旋转,以理想钉道为轴分别截取斜矢状位、斜冠状位的二维图像,在图像上进行解剖学数据测量,测量以下技术指标:①枢椎椎弓根高度,②枢椎椎弓根宽度,③两种术式理想的螺钉长度,④两种术式理想的螺钉的上倾角,⑤两种术式理想的螺钉的内倾角,⑥椎动脉沟和理想的钉道之间的距离。比较两种术式的解剖学数据上有无显著性差异,对两种术式引起椎动脉损伤风险性进行比较,进一步探讨改良Magerl螺钉术式的可行性。3、取新鲜颈椎(包含C0-C4)标本12具,随机分为两组,依次建立正常、损伤失稳、Magerl螺钉手术,改良Magerl螺钉手术等四种实验模型。并在脊柱三维运动实验机上测量不同实验模型的寰枢椎三维运动范围(前屈/后伸、左、右侧屈、左、右旋转),分析各种状态下的寰枢椎稳定性变化,为改良Magerl螺钉技术提供生物力学依据。4、将以上两种术式脊柱三维运动试验完成的标本进行疲劳试验,分别在MTS-858生物材料试验机(Mini BionixR)上进行:前屈/后伸、左、右侧屈、左、右旋转三种状态下施加疲劳载荷,扭矩为1.5Nm,疲劳次数各1000次共3000次。取疲劳试验后的12个标本,再次在脊柱三维运动实验机上进行在寰枢椎三维运动范围测量,比较两种术式疲劳后的生物力学稳定性。5、对12例存在寰枢椎不稳定的患者,按照本研究建立的改良Magerl螺钉技术,进行后路寰枢椎经关节螺钉内固定术,手术前后行X光、CT扫描,验证并评价改良Magerl螺钉技术。三、结果1、大体干燥骨标本测量:枢椎椎弓根平均高度:8.50mm;枢椎椎弓根平均宽度:5.95mm;枢椎侧块内侧平均高度:3.46mm;枢椎椎弓根平均上倾角:37.9°;枢椎椎弓根平均内倾角:24.9°;椎动脉沟平均深度5.66mm;平均钉道总长度,Magerl螺钉:35.60mm,改良Magerl螺钉:40.67mm;钉道平均上倾角:Magerl螺钉:46.8°,改良Magerl螺钉:51.9°;钉道平均内倾角,Magerl螺钉:11.2°,改良Magerl螺钉:16.3°。2、螺旋CT多平面重建在后路寰枢椎经关节螺钉的多平面解剖学测量:枢椎椎弓根高度8.21mm;枢椎椎弓根宽度6.01mm;平均钉道总长度,Magerl螺钉:36.42mm,改良Magerl螺钉:41.27mm;钉道平均上倾角:Magerl螺钉:49.87°,改良Magerl螺钉:53.87°;钉道平均内倾角,Magerl螺钉:8.80°,改良Magerl螺钉:14.81°;钉道与椎动脉的距离:Magerl螺钉:4.07mm,改良Magerl螺钉:3.99mm。通过螺旋CT多平面重建图像观察,枢椎椎弓根的高度或宽度小于4.5mm或枢椎关节侧块前面椎动脉沟与理想钉道的距离小于2.5mm,是易于导致椎动脉损伤的解剖变异情况,关节侧块无易于导致椎动脉损伤的解剖变异者占81.7%(98侧),椎弓根的高度或宽度小于4.5mm的占10%(12侧),枢椎关节侧块前面椎动脉沟与理想螺钉的路径小于2.5mm的为8.3%(10侧),两种情况均存在占2.5%(3侧),故不宜行后路侧块螺钉固定的共占18.3%(22侧)。3、在脊柱三维运动实验机上测量:齿状突骨折时寰枢椎前屈、侧弯范围、旋转运动范围较完整状态有显著性差异,后伸活动无显著性差异。两种内固定后寰枢椎三维运动范围明显小于完整状态和齿状突骨折状态(P<0.05)。两种不同方法之间,寰枢关节各项角度运动范围无显著性差异,但改良Magerl螺钉组标本寰枢椎的运动范围,较Magerl螺钉组稍小。寰枢椎在行两种手术后,前屈、后伸、左/右弯曲及左/右旋转活动范围均明显减少,两种手术间在三维运动范围上无显著性差异。4、在MTS-858生物材料试验机上进行疲劳试验,然后在脊柱三维运动实验机上再进行脊椎三维运动范围测量,两组标本的三维运动(前屈、后伸、左/右弯曲及左右旋转)范围同疲劳试验前均有所增大,有显著性差异;疲劳试验后的Magerl术组活动范围增加较大,与疲劳后的改良Magerl术组相比三维运动范围明显偏大,且两者间亦有显著性差异。5、共在12名寰枢椎不稳患者中置入改良后路寰枢椎经关节螺钉24枚,并行寰椎后弓与枢椎椎板间松质骨颗粒状植骨,加用后路钢丝固定患者取髂骨块植骨术,所有患者寰枢椎均获得即刻稳定,无脊髓、舌下神经和椎动脉损伤等并发症,术后X光片和CT检查均示螺钉位置良好,螺钉长度38-42mm,平均螺钉长度40mm,螺钉无断裂、松动,随防3个月至10个月,获骨性愈合。四、结论1、通过大体解剖学测量研究,结果显示改良Magerl螺钉技术是可行的。改良Magerl螺钉进钉点及钉道位于枢椎椎弓根轴腹侧、椎弓根轴线外侧,尽可能的保证了钉道的长度,螺钉出钉点位于寰椎侧块前方皮质中上1/3交界处,上倾角变大。2、通过螺旋CT对常人寰枢椎行多平面重建,测量相关数据显示改良Magerl螺钉术的理想钉道长度及内倾角较Magerl螺钉大,且有显著性差异(P<0.05),改良Magerl螺钉术理想钉道的上倾角较Magerl螺钉大,有显著性差异(P<0.05);两种手术钉道与椎动脉沟之间的距离无显著性差异(P﹥0.05);在本研究中,有18.3%的人因枢椎椎弓根宽度或椎动脉沟顶点与钉道之间的距离过小,而不适宜行后路寰枢椎经关节螺钉内固定术,故术前常规行螺旋CT扫描多平面重建、模拟手术、并行相关解剖学数据测量,可减少因解剖变异带来的手术风险,提高手术成功率。3、通过与后路寰枢椎经典Magerl螺钉内固定手术的生物力学对照研究,确定改良后路寰枢关节经关节螺钉内固定术提供的稳定性达到了临床的要求,其提供的稳定性较Magerl螺钉更为稳定,尤其是经过疲劳试验后,改良Magerl螺钉术式具有更强的生物力学稳定性。4、临床应用结果表明,对寰枢椎不稳定患者施行改良后路寰枢椎经关节螺钉内固定术是可行的,安全的。本研究改良的术式疗效满意,临床手术创伤小,术中出血少,不需显露C1、C2关节突关节,缩短了手术时间。