摘 要研究背景: 上颈椎是由寰枕、寰枢关节组成的复合体，是连接头颅和躯干的重要结构，其解剖结构与下位颈椎差异明显。寰枕关节与寰枢关节之间没有椎间盘，通过滑膜关节相连，靠强大的韧带结构维持稳定性。独特的解剖结构决定了上颈椎复杂的生理功能，其中寰枢关节承担约占整个颈椎 50％的旋转功能，且上颈椎韧带既要足够松弛来完成复杂的屈伸、旋转运动，同时还要足够坚韧以保护脊髓和椎动脉、承载头颅和抵抗颈部强大的肌肉力量。当由于创伤、炎症、肿瘤以及先天性畸形等原因破坏寰枢椎骨质、韧带、滑膜关节时，将导致寰枢不稳或脱位，而治疗的原则是减压，复位和固定。临床上寰枢椎固定融合是治疗寰枢椎不稳或脱位的一种有效方法，一般分后路和前路两种术式，两者各有其特点，目前临床上后路固定融合应用较多，而前路固定融合应用相对较少。在后路固定融合中，寰枢椎后路关节突螺钉联合后路植骨块钢丝或线缆内固定（Magerl技术）由于其优良的生物力学性能和极高的融合率而被推崇为治疗寰枢椎不稳的金标准术式，临床应用广泛。随着微创脊柱外科技术的不断发展，在1995年，Dickman 等和McGuire 等都介绍了后路关节突螺钉（posterior transarticular screw PTS）的经皮穿刺的技术，与经典的开放手术相比，后路经皮穿刺寰枢椎内固定技术的优势明显，具有更小创口和更短的手术时间，更少的出血和组织损伤，但由于需植骨的原因，术中还需增加小切口辅助。前路关节突螺钉（anterior transarticular screw ATS）内固定技术作为治疗寰枢关节不稳的一种补充方法，在1999年由Vaccaro等率先报道，其可行性得到临床实践。Koller等研究了经咽后入路植入ATS的可行性，技术路线,并对初期结果进行了报道，他认为ATS可以媲美PTS技术。2004年，池永龙等报告了经皮穿刺寰枢椎ATS技术，证实了其安全性和可行性。前路术式最开始是作为后路术式的一种补充来应用的，原因是约20%患者存在最少一侧椎动脉发育异常,导致不能安全的植入后路关节突螺钉。故据此形成的假设是从椎动脉损伤的风险来评估，前路置钉的风险较后路小，但根据目前的文献回顾，未发现两者的对比研究。因此，有必要利用影像学测量的方法，来对比研究经皮穿刺寰枢椎前后路关节突螺钉技术的椎动脉损伤风险。前路术式的临床应用较少的原因主要是前路不能提供足够的植骨床，并且无法形成三点固定。ATS和PTS内固定技术的生物力学效能如何呢？相关的对比研究资料很少。2006年Lapsiwala等首次报道了利用尸体标本进行了前后路关节突螺钉的生物力学对比研究，指出ATS与PTS的固定效能无统计学差异，但如PTS增加后路植骨块线缆内固定，则较ATS生物力学性能佳。Lapsiwala等报道的ATS进钉点为开放术式所常用的，位于C2关节突下方的凹陷处，与经皮入路的C2椎体下缘的进钉点有差别，并且由于研究手段的局限性，对于内固定界面的应力应变无法得知，而此对于理解螺钉相关并发症的发生十分重要。因此，有必要建立寰枢椎不稳的病理三维有限元模型，对经皮寰枢椎前后路关节突螺钉的生物力学性能进行对比分析，以加深我们对寰枢椎生物力学的了解，以期对寰枢椎不稳的治疗和螺钉相关并发症的防治产生一定积极作用。经皮寰枢椎前后路关节突螺钉技术的临床疗效有何差别呢，特别是前后路的植骨融合率有无差异是大家所关心的。但根据目前的文献回顾，未发现两者的对比研究。故我们对经皮寰枢椎前后路关节突螺钉技术进行了临床对比研究，以期对临床治疗寰枢椎不稳产生积极影响。目的:1、利用上颈椎CT三维重建技术对经皮寰枢椎前后路关节突螺钉轨迹进行评估，比较两种螺钉的椎动脉损伤风险。2、通过建立寰枢椎不稳的病理三维有限元模型并模拟经皮前路和后路关节突螺钉内固定术式，比较两种内固定的生物力学性能。3、从手术时间、出血量、视觉模拟评分法(VAS)、创伤后颈痛评分(Mayo score)和植骨融合率等方面对经皮寰枢椎前路和后路关节突螺钉内固定技术进行临床对比研究。材料和方法:1、收集60例上颈椎的CT三维图像，通过三维重建软件，以直径3.5mm螺钉为基准，对比研究经皮寰枢椎前后路关节突螺钉技术椎动脉损伤的解剖学风险。2、利用志愿者的上颈椎螺旋CT 扫描资料，通过 Mimics 、Freeform和 Ansys等软件的协同作用，建立上颈椎C0-C3正常骨质有限元几何模型，再补充建立椎间盘、关节囊和韧带等,通过加载，对模型进行调整和有效性验证。通过在齿状突基底部横行去除一层骨性元素，模拟齿状突 II 型骨折，并定义材料属性，建成寰枢关节不稳的病理三维有限元模型。利用Freeform，模拟经皮前路和后路关节突螺钉内固定术式，将双侧螺钉分别加载到模型中，比较在40N的预载荷和1.5Nm力矩下，前屈、后伸、侧屈和旋转四种工况下两种内固定方式的生物力学性能。3、回顾性分析我院自2005年5月至2008年10月应用经皮寰枢椎前后路关节突螺钉内固定术治疗C1-2骨折和不稳的患者。其中经皮寰枢椎前路关节突螺钉内固定组（前路组）35例和经皮寰枢椎后路关节突螺钉内固定组（后路组）16例。从手术时间、出血量、VAS、Mayo score和植骨融合率等方面比较两种手术方法的临床疗效。结果:1、通过对60例120枚前路和后路经皮寰枢椎关节突螺钉轨迹的分析，比较两种入路可容纳的最大螺钉直径。23枚（19.2%）经皮后路可容纳螺钉直径≤ 3.5,为有风险组，而前路可容纳螺钉直径均>3.5mm，较安全。2、建立了寰枢关节不稳的病理三维有限元模型和经皮寰枢椎前后路关节突螺钉内固定的三维有限元模型。通过比较在40N的预载荷和1.5Nm力矩下，前屈、后伸、侧屈和旋转四种工况，发现两种内固定方式都能最大程度的抑制寰枢椎的运动，达到固定目的。经皮前路关节突螺钉在全部四种工况下，前路螺钉所承受的最大应力均大于后路，分别是前屈5.33×107>4.73×107；后伸7.65×107>5.33×107；侧屈2.43×107>0.84×107；旋转7.63×107>4.06×107。 比较前后路螺钉的最大位移，在全部的四种工况下，前路螺钉固定后模型的最大位移均小于后路，分别是前屈1.64×10-4<1.78×10-4；后伸1.81×10-4<2.09×10-4；侧屈0.70×10-4<0.84×10-4；旋转1.46×10-4<1.59×10-4。3、通过对两组资料的回顾性分析得出，前路组平均手术时间为91.57min，而后路组为119.38min，两者相比较差异有显著性（P<0.001）。术中出血量前路组平均55.43ml与后路组平均290.63ml相比较差异有显著性（P<0.001）。而VAS和Mayo score的比较中，除了在术后VAS评分的比较中，前后路组之间存在统计学差异外（P<0.001），其余术前、术后和12个月的VAS和Mayo评分中，前后路均无统计学差异（P> 0.05）。植骨融合率3个月，后路组为100%，前路组为91.4%，6个月评估前后路组均为100%融合。结论:1、单从解剖学角度来评估椎动脉损伤的风险，经皮寰枢椎前路关节突螺钉技术较经皮寰枢椎后路关节突螺钉技术更安全。2、建成的C0-C3三维有限元模型和经皮寰枢椎前后路关节突螺钉内固定的三维有限元模型外观相似性好，通过模型有效性验证。两种内固定方式均能起到稳定寰枢关节的功效。经皮寰枢椎前路关节突螺钉的生物力学效能较经皮寰枢椎后路关节突螺钉佳。3、经皮寰枢椎前路关节突螺钉内固定技术与经皮寰枢椎后路关节突螺钉内固定技术相比，具有手术时间短，出血量少等优势，而随访的临床疗效基本接近。4、作为一种供选择的治疗寰枢椎不稳的手术方式，经皮寰枢椎前路关节突螺钉内固定技术能够媲美后路技术，期望在今后能发挥更大的作用。