脊柱内固定原理

脊柱内固定原理寇万福脊柱内固定发展史•最初是为治疗脊柱侧弯设计的：作为临时复位系统并辅助脊柱融合•上世纪60年代，Harrington和Luqne问世后，扩大到脊柱创伤治疗•上世纪70年代，椎弓根螺钉装置，例如Dick钉、RF钉杆装置•上世纪80年代，由法国的Cotrel和Dubousset发明了C-D钉棒结合装置系统三柱理论•1983年Denis提出三柱分类概念，提出脊柱的稳定性有赖于中柱的完整，并强调后方韧带复合结构对稳定性的作用。Denis提出三柱分类：•将脊柱分为前、中、后三柱。•前柱：前纵韧带、椎体前二分之一、椎间盘的前部。•中柱：椎体后二分之一、椎间盘后半部分、后纵韧带和椎管。•后柱：关节突、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带。前柱承担80％的应力中柱和后柱承担20％应力前柱中柱后柱脊柱手术三大原则•减压•固定•融合固定原则*重新再分配脊椎载荷*限制局部运动从而维持稳定*在稳定的环境中，促进坚固的骨融合脊柱融合术•原理：以病变椎体为中心，在病变的上一个椎体和下一个椎体之间进行融合，使其成为一个整体。•作用：限制运动维持解剖防止畸形发生脊柱融合术•范围：肿瘤---病变节段上一个正常椎体到下一个正常椎体；畸形---包括整个畸形区域，再加上一个椎体及下一个椎体•位置：前---椎体间植骨后---关节突植骨•植骨的来源：自体骨：髂骨，肋骨，胫骨，腓骨异体骨脊柱融合术•内固定物的要求：1，很好的生物相容性2，恢复脊柱正常的解剖关系和稳定性3，限制脊柱的自由度4，简单安全，容易安装5，有足够的强度，以去除外支架6，不影响术后影像学检查（CT,MRI）内置物的基本构成*长构件结构：棒，钢板，线缆*固定椎体构件：椎弓根螺钉，椎板钩，椎板下钢丝，前方椎体螺钉*将二者连接起来的连接部分张力带法则融合期间载荷分布的变化*正常情况下，椎体支撑近75%~80%的脊柱压力载荷，而后部结构支撑余下的20%~25%*放置植骨块或者器械构件后，载荷会从椎体向植骨块或内置物转移*固定的内置物将为主要的载荷支持部分，随后将会有骨的重塑•随时间变化，植骨块与内固定材料支持载荷的分布发生改变融合期间载荷分布的变化载荷分布法则椎间盘与椎体后部完整腰椎的载荷分布•关节突承受17%垂直压力•90%的垂直压力通过椎体与椎间盘•所有综合力量大于100%是因为多个方向的合力•后路器械力的分布载荷分布法则*对于应用后路脊柱内固定器械，应理解和采取张力带法则进行脊柱载荷再分布*从临床的观察的结果，可以看到脊柱背侧起分离作用的力阻碍了脊柱的正常生物力学行为；而背侧发生加压作用的内固定系统，却与正常生物力学相接近*脊柱前柱包括椎体和椎间盘，当其中一部分存在缺陷时，仅依靠后路内固定器械则难以达到前柱的理想载荷分布。因此，需行前路支撑植骨或其他方法的脊柱前路重建载荷分布法则脊柱内固定器械脊柱内固定器械的优点•脊柱复位（侧弯，后突，滑脱）•维持复位的稳定，防止畸形进一步发展•促进骨性融合内固定类型•单纯螺钉（拉力螺钉）•单纯钢丝（作为张力带）•钩棒结合•钉棒结合•钢丝与棒结合•钢板与螺钉结合颈椎器械-螺钉•颈椎单纯的螺钉固定最初设计是为了治疗上颈椎的不稳定•C1-C2后路关节间螺钉固定技术是由Magerl发展的•可使C1-C2复合体保持稳定，促进融合•无需Halo支架颈椎器械-螺钉•前路单纯螺钉固定用于齿状突II型骨折的轴向固定•适应证：禁忌用Halo架的病人；C1-C2的运动对于病人很重要的病人•生物力学及临床数据表明，单螺钉比双螺钉更有效颈椎器械-钢丝•后路钢丝技术是张力带技术•禁忌证：后方附件骨折或缺损存在严重的扭转或矢状面不稳定•在扭转或伸展时，钢丝的稳定性不如侧块钢板颈椎器械-钩棒•用于颈椎的钩棒系统包括：椎板夹和儿童钩棒系统•椎板夹系统适用于单节段颈椎不稳定•在上颈椎，椎板夹系统并不比螺钉技术更稳定•在中，下颈椎，椎板夹可能侵占椎管，因此操作时要小心颈椎器械-前路钢板•前路颈椎钢板用于创伤已近十年•生物力学实验显示：在扭转、侧方弯曲和伸直的情况下，前路钢板系统与后路钢丝提供同样的稳定性；在后柱不稳定的屈曲情况下，前路钢板不是很适合颈椎器械-前路钢板但是临床研究显示，前路钢板固定植骨融可以有效地治疗爆裂骨折；颈椎半脱位合并椎间盘突出和颈椎肿瘤；还可以有效地应用于假关节融合以及进行多节段融合。颈椎器械-前路钢板•适应证：创伤：椎间盘突出合并半脱位伸直型泪滴骨折爆裂骨折严重旋转型损伤，需前后内固定退行性变：类风湿关节炎造成的多节段不稳定、假关节肿瘤颈椎器械-后路钢板•在上颈椎，螺钉可以通关节，穿过C1-C2的关节进行固定，也可以打入C2的椎弓根。•C3-C6固定在侧块上•C7既可以固定椎弓根，也可以固定侧块颈椎器械-后路钢板•为了保护椎动脉，脊髓和神经根，每个病人在术前均应进行放射学检查以确定侧块的正确位置；术中放置螺钉时要小心谨慎颈椎器械-后路钢板适应证：创伤：不需椎体切除的爆裂骨折合并后方骨折的脱位或半脱位严重扭转畸形需前后路固定退行性变：椎板切除后进行多节段融合截骨矫形后不稳定枕颈融合，去除Halo架后路胸腰椎器械-钢丝•螺钉关节间固定最初是用于一个或两个节段腰椎融合•当不需坚强固定或不需复位时，可以辅助融合•虽然一些作者报道了它的高融合率，但其他一些报道显示其效果不如椎弓根螺钉后路胸腰椎器械-钢丝•单纯后路钢丝很少应用于胸椎和腰椎•Luque首先将节段性棒与钢丝技术应用与临床•用Luque技术治疗侧弯和后突的效果很好，但穿过椎板的路径中会有神经损害危险，如使用线缆可以减少危险后路胸腰椎器械-钢丝•适应证：神经肌肉性侧弯侧弯合并胸椎前突特发性侧弯•禁忌证：椎管狭窄后突腰椎一般不用钢丝后路胸腰椎器械-钩棒•胸腰椎后路钩棒系统分为节段性与非节段性•非节段性：Harrington和Knodt系统•Harrington系统很少用于腰椎侧弯，后路单纯撑开会引起平背畸形后路胸腰椎器械-钩棒•节段性固定最早是由Cotrel描述的：CD•首先应用于侧弯和创伤•在腰椎（特别在下腰段），最好用椎弓根螺钉代替椎板钩•侧弯病人建议使用双棒结构，包括至少两个横连后路胸腰椎器械•对脊柱器械已进行了广泛的基础科学的研究•动物实验的数据表明：后路脊柱内固定可以促进骨的融合•当内固定的强度增加时，融合骨块的强度也随之增加。但是，强度增加的越多，会发生与器械有关的骨质减少。这种骨质疏松是否具有临床意义还不清楚SINOUPASS后路胸腰椎器械•体外的生物力学测试显示脊柱内固定器械可以增加脊柱结构的稳定•通常，脊柱内固定系统分为限制性与非限制性•非限制性系统的疲劳寿命较长，通常失败是由于松动而不是断裂。后路胸腰椎器械-钉板•椎弓根螺钉系统首先由Harrington使用，由Roy-Camille推广•椎弓根螺钉比骨钩或钢丝稳定性更好•优势：滑脱复位，稳定运动节段，矫正畸形。提高融合率•劣势：风险高（出血多，时间长，感染率高），医生的水平要求高，并发症（椎弓根骨折，神经根损伤，脊髓损伤，血管损伤）后路胸腰椎器械-钉棒钉板•适应证：滑脱复位退行性变融合假关节修补腰椎侧弯中下腰椎爆裂骨折不稳定肿瘤切除后重建椎间融合器•椎间融合器最早是从后路放在椎间隙，作为分担应力的结构，材料是碳纤维的•早期融合器是装满植骨块后打入椎间隙，由于没有内在的稳定性，使用时要求与后路椎弓根螺钉系统配合使用椎间融合器•带螺纹的融合器经生物力学测定，在屈曲和侧向弯曲时稳定性明显提高。拔出力也高于取出骨桩的力。•水平放置两个带螺纹的融合器比单独放置一个要稳定，其稳定性可以与椎间植骨伴后路椎弓根固定相比拟。椎间融合器•后来的发展：既有前路，又有后路带螺纹的圆柱形融合器•最近发展为可从镜下放置椎间融合器•生物力学上，椎间融合器的功能是通过撑开（纤维环，关节囊，韧带）的作用达到增加椎间节段的稳定。•长期的稳定来自通过Cage椎体终板的骨愈合。椎间融合器临床上，最近的前瞻性研究表明，对于椎间盘源性疼痛的治疗，椎间融合器的效果等于或高于多数传统的方法。椎间融合器•虽然使用Cage的适应证没有明确的限制，但更适合以下病人：单节段病变无心理障碍非手术治疗至少6个月以上没有好转椎间融合器•直立的融合器（Mesh），在椎体切除后作为椎体的替代物，可以恢复前柱的结构。•Mesh需要应力的分散支持，因此需伴随前路钢板或后路椎弓根系统固定。•不论是Cage还是Mesh，均可用于颈椎，胸椎和腰椎。前路胸腰椎器械•最早用于胸腰椎侧弯的矫形，由Dwyer介绍，由Hall和Zielke修改•在侧弯的凸侧放置棒，用垫片和螺钉连接，进行加压和去旋转以矫正畸形•此技术主要应用于胸腰段前中柱创伤、肿瘤和侧弯的矫形•后方不能再放置其他内固定物