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摘要椎弓根螺钉内固定技术因其不可比拟的坚强“三柱固定”，在脊柱外科手术中广泛应用，但随之而来失败病例也越来越多。内植物本身的失败，如椎弓根螺钉断裂、连接头松动脱落、连接杆(板)断裂等。椎弓根螺钉与骨界面失败表现为螺钉松动、螺钉拔出及螺钉异位。临床以螺钉松动和断裂多见，其发生率分别为0.6％～11％和3％～6.7％。 引起椎弓根螺钉松动的原因包括：骨质疏松、术中反复调整螺钉造成孔道过大、术中椎弓根骨折导致钉道周围支撑力下降、术后腰椎过早或过度活动、骨融合不良及金属腐蚀性破坏。引起椎弓根螺钉断裂的原因包括：椎弓根钉过细难以负重；椎弓根螺钉位置不当，造成载荷分享致某些椎弓根螺钉部位应力过度集中；腰椎爆裂性骨折前柱破坏严重，术中仅采取后路内固定，缺少前柱支撑；植骨融合不良；术后腰椎过度活动。 导致螺钉断裂的重要原因是内植物应力过于集中。这也是内植物设计上的缺陷。在内置物构件中，由于螺钉直径受椎弓根解剖制约，并且受到高应力的作用，是发生断裂或松动的常见部位。另外一个原因是由于置钉不良引起。一枚螺钉放置不良即失去同侧固定物的作用，不承受相应的载荷。在解决应力集中问题时，除使内植物设计更为合理、植入技术更为完善外，增加椎板钩、钢板来分散应力也是一种有益的尝试。在脊柱的前凸节段(胸腰段)，作用在钉上的主要力量是悬臂曲力(cantileverbendingforce)，前柱损伤时此种力量更明显且有一轴向剪力(axialshearingforce)，造成弯钉或断钉，出现纠正度丢失。在不增加螺钉直径时，增加椎板钩固定则有效地分散了钉上的此两种应力，有力地保护椎弓根螺钉，减少器械失败。 目前预防及处理椎弓根螺钉松动的方法有以下几种方法可供选择：(1)松动钉道内植入火柴棒状骨质或Biobone(2)椎弓根螺钉重置，并采用骨水泥(PMMA、羟基磷灰石骨水泥和磷酸钙骨水泥)强化后再植入螺钉；(3)更换长的椎弓根螺钉以使其穿透椎体前缘的骨皮质；(4)更换直径更粗的椎弓根螺钉；(5)更换螺钉植入部位。 但每一种方法都存在缺陷，经火柴棒状骨修复后的螺钉拔出力仅增加56％，修复后强度不足，明显低于骨水泥修复后。而Biobone修复后虽可以增加脊柱稳定性66.8％，但其长期随访效果还有待观察。PMMA骨水泥修复后的强度其他方法无法比拟，拔出强度增加149％，但聚合后释放热能、漏出压迫神经组织、不可吸收、再手术难清除、毒性致癌作用等影响了它的临床应用。羟基磷灰石骨水泥(HAC)修复后拔出强度与PMMA近似，但也无法避免有漏出的存在。磷酸钙骨水泥(CPC)加固后拔出强度要显著低于PMMA。更换长的螺钉有损伤椎体前方大血管的可能。目前多采用的加大螺钉直径的方法，证实大2mm的螺钉比1mm的螺钉显著增加拔出力。较大直径的椎弓根螺钉增加了神经根损伤和椎弓根破坏的风险。一般认为，螺钉的外径最大不应超过椎弓根横径的80％。用增大螺钉直径来提高其稳定性是有局限性和风险的。 椎板钩自发明以来主要用于脊柱侧突的矫形，Apofix椎板钩治疗寰枢椎不稳，钉钩联合治疗胸腰椎骨折等方面。由于椎板钩的自身特点，容易发生脱钩、椎板骨折、侵入椎管压迫神经组织等。许多学者作出了大量努力改进椎板钩的设计，包括钩的末端变成方形嵌入椎弓根，以更好的控制旋转；为了预防脱钩，设计了双钩模型；TSRH系统椎板钩设计的目的是产生最大的钩-骨界面的稳定性，适应颈、胸、腰椎椎板不同形状。 第一部分新型椎板钩对椎弓根钉松动后脊柱不稳的作用研究——胸腰椎爆裂骨折模型观察 研究目的：在胸腰椎爆裂骨折模型中，评价加用新型椎板钩，对于椎弓根钉松动后脊柱即时稳定性及疲劳后稳定性的作用，为临床应用提供生物力学依据。材料和方法：应用6具新鲜胸腰段脊柱标本(Tll-L3)，经过X线及DEXA方法测量骨密度，证实6例标本生前均无脊柱疾患和骨质疏松。切除脊柱周围软组织，保留所有韧带、小关节囊及骨性结构。双层塑料袋包裹保存于-20℃冰箱，试验前在室温(20℃)下解冻12-18h，保证整个试验过程中标本湿润及环境温度在6℃左右。在三维运动试验机上模拟人体脊柱活动，分别测量①正常标本、②L1爆裂骨折模型、③常规椎弓根钉系统固定、④常规椎弓根钉系统固定加椎板钩、⑤常规椎弓根钉系统固定的疲劳试验⑥椎弓根钉内固定松动模型、⑦松动后加用新型椎板钩、⑧松动后加用新型椎板钩的疲劳试验，在施加8N·m的纯力偶矩下，T12-L2节段在6个自由度上(前屈后伸、左右侧屈以及左右旋转)运动的角度范围(ROM)，单位为deg。 结果：松动后与松动后加钩组在前屈组、左右侧屈组以及左旋组有显著性差异(P＜0.05)，其中以左侧屈组与前屈组作用最为明显，脊柱稳定性分别增加63.8％和60.5％。常规固定疲劳组与松动后加钩疲劳组在前屈、后伸、左右侧屈组无显著性差异(P＞0.05)，因此松动后加用椎板钩对系统疲劳后固定节段稳定性是令人满意的。 结论：新型椎板钩可显著提高螺钉松动后脊柱稳定性，并且螺钉松动后加用新型椎板钩，系统疲劳后固定节段稳定性是令人满意的。 第二部分新型椎板钩对椎弓根钉松动后脊柱不稳的作用研究——腰骶滑脱模型观察 研究目的：在L5S1滑脱模型中，评价加用新型椎板钩，对于椎弓根钉松动后脊柱即时稳定性及疲劳后稳定性的作用，为临床应用提供生物力学依据。 材料和方法：应用6具新鲜腰骶段(L4-S2)脊柱标本，经过X线及DEXA方法测量骨密度，证实6例标本生前均无脊柱疾患和骨质疏松。切除脊柱周围软组织，保留所有韧带、小关节囊及骨性结构。双层塑料袋包裹保存于-20℃冰箱，试验前在室温(20℃)下解冻12-18h，保证整个试验过程中标本湿润及环境温度在6℃左右。在三维运动试验机上模拟人体脊柱活动，分别测量①正常标本、②L5S1滑脱模型、③常规椎弓根钉系统固定、④常规椎弓根钉系统固定加椎板钩、⑤常规椎弓根钉系统固定疲劳试验⑥椎弓根钉内固定松动模型、⑦松动后加用新型椎板钩、⑧松动后加用新型椎板钩疲劳试验，在施加8N·m的纯力偶矩下，滑脱后施加2N·m纯力偶矩，L5S1节段在6个自由度上(前屈后伸、左右侧屈以及左右旋转)运动的角度范围(ROM)，单位为deg。 结果：松动后与松动后加钩组除前屈组外，各组之间均有显著性差异，其中以右旋组作用最为明显，脊柱稳定性增加56.3％。常规固定疲劳组与松动后加钩疲劳组在各组之间无显著性差异，因此松动后加用椎板钩，系统疲劳后固定节段稳定性是令人满意的。 结论：新型椎板钩利于增加脊柱稳定性，并且螺钉松动后加用新型椎板钩，系统疲劳后稳定性是满意的。 第三部分新型椎板钩对椎弓根螺钉系统应力影响的有限元分析 目的：探讨加用新型椎板钩对椎弓根螺钉系统应力分布的影响，为临床应用提供理论依据。 方法：采用有限元分析方法，对椎弓根螺钉系统不加与加用椎板钩，整个系统各处的应力变化进行评估。 结果：加钩后整个系统受力点增加，受力更加均匀。临床上容易发生断钉的部位应力显著降低。头、尾侧椎弓根钉根部加钩后轴向应力显著降低，以尾侧钉为著，降低37.08％。头、尾侧钉棒连接处加钩后剪切应力下降明显，头侧下降44.02％，尾侧下降60.71％。 结论：新型椎板钩使得椎弓根螺钉系统应力更加分散，以尾侧椎弓根钉根部及钉棒连接处为著，从而减少椎弓根螺钉断钉的发生。