杭建耿晓鹏
经皮椎弓根螺钉不同角度拔出的生物力学研究
杭建1，2耿晓鹏1
【摘要】目的 探讨经皮椎弓根螺钉不同角度置钉的生物力学稳定性。方法 选取成人椎体标本随机分为6组,分别按照不同的冠状面及矢状面角度置钉,测试各标本螺钉的最大拔出力,并绘制载荷-位移曲线。结果 10°及15°TSA、SSA置钉的螺钉最大拔出力及最大能量优于0°角组（P＜0.05）。当应力超出最大拔出力时,螺钉的拔出力呈现缓降趋势。结论 置钉角度的存在为经皮椎弓根螺钉稳定性提供有力帮助。
【关键词】椎弓根螺钉；冠状面角；矢状面角
椎弓根钉置入是手术的成败关键，需要定位准确，且必须按照精确的冠状面及矢状面夹角[1]。如何选择正确的夹角并成功置钉增加了手术及预后的难度。螺钉的角度与手术固定的稳定性关系密切[2-3]，既往研究中对置钉角度与螺钉稳定性的关系尚不清楚，不同角度下螺钉的拔出位移与螺钉拔出力的趋势关系，本次研究对以上问题进行了研究，以期为临床手术及患者预后提供参考。
1 材料与方法
1.1 标本与分组
选取新鲜成人腰椎椎体标本，均经影像学检查，排除病变标本。标本保鲜袋密封存放，剔除周围肌肉、韧带等组织，获得单个推体，经骨密度测试基本一致，实验符合医学伦理学的要求。标本随机分为6组，采用相同螺钉及置钉深度，不同角度置钉。A组按不同TSA置钉，A1-3组：夹角0°、10°、15°，SSA均0°。B组按不同SSA置钉，B1-3组：夹角0°、10°、15°，TSA均0°。
1.2 实验方法
采用自凝牙托粉包埋椎体下端固定于操作台，以量角板及克氏征确定置钉角度，克氏针固定角度后攻丝，直视下置入螺钉，固定深度为椎体前后径70%，使用力学试验机进行力学测试，将夹具夹住经皮椎弓根钉尾端，与底座垂直的方向施加纵向拔出力，以2 mm/min的恒速拔出，螺钉出现松动时停止机器，记录最大轴向拔出力及最大能量，并记录荷载-位移曲线。
1.3 统计学方法
采用SPSS 20.0软件数据处理，两两比较采用SNK法，以P ＜0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 不同角度冠状面置钉
A2组最大拔出力（2109.0±52.4）N及最大能量（3.9±0.1）N.M均高于A1组，A3组最大拔出力（2423.4±19.7）N及最大能量（4.7±0.3）N.M高于A2组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。通过载荷-位移曲线发现外力超出最大拔出力时，螺钉的拔出力呈现缓降趋势，A2及A3组斜率高于A1组。
2.2 不同角度矢状面置钉
B2组最大拔出力（2011.4±56.1）N及最大能量（3.8±0.2）N.M均高于B1组，B3组最大拔出力（2296.0±36.7）N及最大能量（4.4±0.1）N.M高于B2组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。通过载荷-位移曲线发现外力超出最大拔出力时，螺钉的拔出力呈现缓降趋势，B2及B3组斜率高于B1组。
3 讨论
开放手术内固定出血、并发症多，微创经皮椎弓根固定技术准确性与开放手术无差异，腰肌组织剥离较小出血少，且操作过程中对肌纤维、神经根的损伤小，固定稳定性好[4-6]。但是也存在一定缺点，由于操作空间及视野限制，对手术医生的操作及经验要求高，对某些脊柱疾病的治疗受限。
在椎弓根螺钉失败案例中，螺钉的把持力不足导致螺钉的松动，稳定性降低[7]。众多因素均可导致椎弓根螺钉拔出，螺钉拔出时60%的负荷由椎弓根承担，因此椎弓根骨密度的大小与椎弓根螺钉的稳定性密切相关，同时螺钉的长度与直径也与螺钉稳定性相关，但固定过深容易损伤神经、血管，本次研究的固定深度达到较好的固定效果[8]。
本次研究中，我们在0°～15°改变TSA及SSA夹角中一项，发现在夹角上升时，最大拔出力均升高，且最大能量也升高，说明螺钉的适当角度倾斜对于提高螺钉的稳定性具有显着的效果。由于螺钉是完全咬合于椎弓根骨质时，螺钉稳定性最高，适当角度的改变，使得螺钉更多的螺纹咬合于椎弓根骨质中，骨-螺钉界面面积增加，使得最大拔出力明显增加。通过载荷-位移曲线发现，当螺钉所承受的应力超出最大拔出力时，并不是我们想象中把持力的瞬间消失，如曲线所示，把持力仍然存在且呈平稳的逐步下降，可能由于螺钉螺纹设计使得把持力能够平稳消失。具有角度的置钉方式的载荷-位移曲线斜率均明显优于0°角置钉，其所呈现的斜度更加平稳，这也能给我们提供了一个及时抢救的缓冲期。
参考文献
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Biomechanical Study of Pull-out Force on the Percutaneous Pedicle Screw With Different Tranverse Angle
HANG Jian1,2GENG Xiaopeng1, 1 Binzhou Medical University, Binzhou 256600, China, 2 Wudi County People’s Hospital, Binzhou 256600, China
[Abstract]Objective To analyze biomechanical stability of percutaneous pedicle screw with different angle pull-out force. Methods Selected 30 cases specimen divided into 6 groups. All cases received percutaneous pedicle screw with different TSA, SSA. To analyze the FMAX,EMAX and load-displacement curve. Results FMAX and EMAX of groups with 10°,15°TSA and SSA were better than those of 0°group （P＜0.05）. The holding force decreased gradually when the force reached more than FMAX. Conclusion Tranverse angle can provide stability for pedicle screw. [Key words] Percutaneous pedicle screw, TSA, SSA
基金项目：山东省医药卫生科技计划（2013WS0300）,项目号：511435
doi：10.3969/j.issn.1674-9308.2016.01.054
【文章编号】1674-9308（2016）01-0079-02
【中图分类号】R683
【文献标识码】A
作者单位：1 256600 山东省滨州市滨州医学院；2 256600 山东省滨州市无棣县人民医院
