依据寰枢椎解剖学测量设计制造寰椎齿状突人工关节

依据寰枢椎解剖学测量设计制造寰椎齿状突人工关节 依据寰枢椎解剖学测量设计制造寰椎齿状 突人工关节 中国组织研究与临床康复第12眷笫J72008—04—22出版 JournalofClinicalRehabilitativeTissueEngineeringResearchApril22,2008I/o1.12,No.17炙基础医学 依据寰枢椎解剖学测量设计制造寰椎齿状突人工关节? 陆斌,李广琪,李建武,李乐涛,谢延,白国玺 Atlantoaxialanatomymeasurement-baseddesignofatlasodontoidprocessartificialjoint LuBin,LiGuang-ql,LiJian-wu,LiLe-tao,XieYan,BaiGuo-xi Abstract AlM:Toanatomicallymeasureatlantoaxialdryspecimensofnormaladultstoprovidereferencesforthedesignand manufactureoftransoralapproachatlasodontoidprocessartificialjpint. METHoDS:TheexperimentwasperformedatHumanAnatomyLaboratoryofMedicalCollegeofXi'anJiaotong UniversityfromSeptember2006toDecember2007.Fiftysetsofnormaladultatlantoaxialdryspecimenswereprovided byDepartmentofAnatomy,Xi'anJiaotongUniversity,whichwasidentifiedwithnobonyabnormitybygross observation.Thespecimensweremeasuredusingelectronicverniercaliper(accuracydegree,0.0lram)andprotractor (accuracydegree,0.1.).Atlasodontoidartificialjointsweredesignedandproducedaccordingtoanatomical measurements. RESULTS:Atlasanteriorarchheightandwidthwere(11.1?l-3)mmand(16.6? 1.7)mm,respectively;atlaslateral masslength,widthandheightwere(17.8?1.7)mm,(14.1?1.5)mm,and(13.5? 1.6)mm;Axisodontoidprocessheight was(15.7?1.1)mm;Odontoidsagittaldiameterwas(10.9? 0.8)mm;Odontoidtransversediameterwas(9,3?0.7)mm;Axis bodylength,width,andheightwere(17.4?1.7)mm,(18.2?1.8)mm,and(21.1? 1.8)ram;Atlaslateralmasslateraltilt anglewas(11.3?4-2).,andAtlaslateralmassretroversionanglewas(9.8? 2.1)..Accordingtothesemeasurement dataofatlantoaxialanatomy,titaniumalloyatlasodontoidartificialipintsweredesignedand manufactured. CoNCLUSIoN:Accordingtoanatomicalmeasurementsofatlantoaxialdryspecimens.wed esignandmanufacture titaniumalloyatlasodontoidartificialjpintsfrommorphologyandkinetics.Thismethodisac cordedwimthedeveloping trendofspinalsurgeryresearchfromsimplespinalfusiontospinalstabilityandfunction. LuB,LiGQ,LiJW,LiLT,XieY,BaiGX.Atlantoaxialanatomymeasurement— baseddesignofatlasodontoidprocess artificialjpint.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiuyuLinchuangKangfu2008;12(17):323 7—3240(China) 【www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08—17/17k一3237(ps).pdf] 摘要 目的:对正常成年干燥寰枢椎标本进行解剖学测量,为设计,制造寰椎齿状突人工 关节提供依据. :实验于20o6_o9,2o07一l2在西安交通大学医学院人体解剖实验室完成.5O 套正常成年人干燥寰枢椎标本,均由西安交 通大学解剖教研室提供,经大体观察证实无骨性异常.采用电子游标卡尺(精确度 0.Olmil1)和附着式量角器(精确度0.1o) 测量寰枢椎标本的各项参数.根据解剖测量结果设计,制造寰椎齿状突人工关节. 结果:测得寰椎前弓高度(11.1?1.3)mill,寰椎前弓宽度(16.6?1.7)mill,寰椎侧块中 部长度(17.8?1.7)mill,寰 椎侧块中部宽度(14.1?1.5)mill,寰椎侧块中部高度(13.5?1.6)mill,枢椎齿状突高度(15.7?1.1)mill,枢椎齿状 突前后径(10.9?0.8)mill,枢椎齿状突横径(9-3?0.7)mill,枢椎椎体长度(17,4?1.7)mm,枢椎椎体宽度(18.2? 1.8)mill,枢椎椎体高度(21.1?1.8)mill,寰椎侧块外倾角(1l-3?4.2).,枢椎齿状突后倾角(9.8?2.1).等解剖测 量数据,仿生设计,制造出钛合金寰椎齿状突人工关节. 结论:根据寰枢椎标本解剖学测量数据,在形态学和动力学两方面进行仿生,设计,制造出人工寰椎齿状突关节,符合目 前从单纯脊柱融合到综合考虑脊柱稳定和功能的脊柱外科研究发展趋势. 关键词:颈椎经口咽入路;人工寰椎齿状突关节;解剖学;寰椎;枢椎 ShaanxiProvince C0msHospitalof ChinesePeople's ArmedPolice Troops,Xi'an 7l0054Shaanxi Province,China LuBin?.Studying fordoctorate Attendingphysician, ShaanxiProvince C0msHospitalof ChinesePeople's ArmedPolice TroopsXi'an 7l0054.Shaanxi ProvinceChina fubin0o08@l63.COITI Received:2008—02-02 Accepted:2008—03-03 武装警察部队陕 西省总队医院,陕 西省西安市 7l0054 陆斌?,男, 1975年生,陕西 省西安市人,汉 族,西安交通大学 第二附属医院在 读博士,主治医 师,主要从事脊柱 外科方面的研究. hibin0008@163.com 中图分类号:R681 文献标识码:B 文章编号:1673—8225 (2008)17—03237—04 收稿日期:2008—02-02 陆斌,李广琪,李建武,李乐涛,谢延,白国玺.依据寰枢椎解剖学测量设计制造寰椎齿状突人工关节[J】_中国组织工程研究修回日期:2008.03.03 与临床康复,2008,12(17):3237—3240[www.zglckfcom/zglckf/ejoumal/upfiles/08—17/17k-3237(ps).pdq(08-50-2.832/M') jssNlI73.8225CN2i.i53CODEN:ZLKHAH3237 wwmlckf.…陆斌等钕据寰枢稚锈翻学溅量设d-翻造寰稚齿状突人j.关节 >>本文导读<< 梁詹孝爱:怎样保证在寰枢椎稳定的前提下,保留应用要篇:对干燥寰枢掰,铲或层:人工寰椎齿状 寰枢椎的旋转功能,既可达到牢固的固定,同时又可椎骨骼标本测量,取得相突关节尚需要进一步研究和改 最大限度地保留脊柱的运动功能,这将是未来脊柱内关解剖数据,设计,制造进才能满足临床需求,比如在 固定的发展趋势.系列研究包括:?干燥寰枢椎骨骼人工寰椎齿状突关节,是寰椎固定板与寰椎侧块的接触 标本测量,取得相关解剖数据.?根据解剖测量数据,人工寰椎齿状突关节系面以及枢椎底座1,固定板与 设计,制造人工寰椎齿状突关节.?对新鲜尸体头颈列研究的第一步,后续的枢椎椎体接触面设计成成骨细 部标本进行咽后壁显微外科解剖,并模拟经口咽入路实验重点研究人工寰椎胞容易附着,骨小梁容易长入 手术,切除寰椎前弓和齿状突,安置人工寰椎齿状突齿状突关节的可行性,稳的涂层,又比如在旋转轴套与 关节,证实人工寰椎齿状突关节的可操作?I'k-.?对安定性,旋转功能,抗疲劳旋转轴,底座2之间加入超高 装人工寰椎齿状突关节的颈椎标本进行生物力学测性以及生物相容性等性分子量材料或其他材料,进一 试,包括:弹性实验,刚度测试和疲劳实验.?对人能特点,为进入临床实验步降低人工襄椎齿状突关节的 工寰椎齿状突关节进行有限元.阶段提供依据.磨损. 0引言 目前,实施前路寰椎前弓及齿状突切除减压后, 寰枢椎节段稳定性显着降低,出现寰枢椎脱位,造成 脊髓等重要组织结构压迫的可能性明显增加.无论进 )后路融合术,枕颈部旋转功能 行寰枢椎前路或(和 将大部分丧失,仅有45.左右旋转活动范围,对术后 患者正常的工作,生活带来诸多不便.本实验测量50 套正常成年人干燥寰枢椎标本获得相应解剖数据,设 计,制造出前路人工寰椎齿状突关节,目的在于经口 咽前入路齿状突切除脊髓减压后,安装人工寰椎齿状 突关节,在稳定寰枢椎的同时,最大限度的保留枕颈 部旋转功能. 1材料和方法 设计:观察性实验. 单位:武装警察部队陕西省总队医院. 材料:实验于2006—09/2007—12在西安交通大学医 学院人体解剖实验室完成.50套正常成年人干燥寰枢 椎标本,经大体观察证实无骨性异常,所有标本均取 自西安交通大学解剖教研室.测量工具:线性测量采 用电子游标卡尺(精确度0.O1mm)由西安教学仪器厂 生产,角度测量使用附着式量角器(精确度0.1.).实 验经过武装警察部队陕西省总队医院伦理委员会批 准. 设计,实施,评估者:实验设计为第一作者,资料 收集为第一,二作者,实施为第一,二,三作者,评估 为第四,五,六作者,评估采用盲法. 方法: 对50套正常成年人干燥寰枢椎标本,采用电子游 标卡尺(精确度0.O1mm)和附着式量角器(精确度 0.1.)进行测量,确定寰椎螺钉进钉点为侧块中点,枢 3238 椎进钉点为枢椎椎体与侧块连线中点,寰椎标本测量 参数包括:?前弓高度,以前结节处测量.?前弓宽度. ?侧块长度.?侧块宽度.?侧块高度.?侧块外倾 角,为中心轴与矢状面成角.见图1.枢椎标本测量参 数包括:?齿状突前后径(取最大值).?齿状突高度. ?齿状突横径(取最大值).?枢椎体高度.?枢椎体 长度.?枢椎体宽度.?枢椎齿状突后倾角测量,为 中心轴(齿状突尖至椎体中心点连线)与冠状面成角. 见图2. P.O.Box1200,Shenyang110004kf23385083@sina.corn 硅藏等依据寰抠稚解翻学酒量设计翻造寰椎齿状突人I关节 主要观察指标:寰椎标本测量参数. 统计学方法:由第一,四作者使用SPSS13.0软件进 行统计学处理.对干燥寰枢椎标本测量结果采用x+s 示. 2结果 50套正常成年人干燥寰枢椎标本各项指标的测量 结果见表1. 表l寰枢椎标本各项指标的测量结果 TablelMeasurementsofatlantoaxialdryspecimens f,l=50,mm) 根据实验取得的寰枢椎标本相关解剖学资料,使用 医用钛合金(Ti6AI4V)仿生设计,制造出人工寰椎齿状 突关节.由人工寰椎部件,人工枢椎部件和螺钉3个部 分组成.?寰椎部件包括由人工寰椎固定板及旋转轴 套.寰椎侧块固定板左右对称,向上5.弧度,固定板厚 1.6IDATI,高6.0IDATI,两侧各有1个螺钉孔,螺钉孔圆心 距离34.0IDATI,旋转轴套横截面为圆形内径4rnrn,外径 8.0mm,高6.0mm.见图3.?枢椎部件由固定板,底 坐l,底座2和旋转轴构成.旋转轴和底座均为呈圆柱体 状,旋转轴直径为4.0mm,与寰椎旋转轴套紧密配合,高 7.7IDATI,底座1高5.3IDATI,直径9.5mm,底座2高2.3IDATI, 直径7.0IDATI,底座2左右侧面中线各有1个突起45.突向 外上方,长2.5mm,宽2.5mm,高3.5mm,与底座1及 底座2合为一体,为防止过度旋转的限制装置,固定板 厚1.6舢n'呈倒Y形,高22.1mm,两侧固定板各有1个 螺钉孔,螺钉孔圆心距离14.8IDATI,固定板与底座1有10. 向后夹角.见图4.?螺钉:钛合金Ti6AI4V松质骨自攻螺 钉直径3.5mm,长度为1322mm.旋转轴套与旋转轴, 底座2接触部位抛光成关节面光洁度. 3讨论 寰枢关节由两侧的寰枢外侧关节和正中的寰椎齿 lssNl673.8225CN21.J53铆RCoDEN:ZLXHAH 状突关节所组成,寰枢外侧关节近似平面关节,寰椎齿 状突关节为车轴关节.此结构特点允许寰枢关节有较大 范围的轴位旋转(单侧约45.,占整个颈部的一半),少 量屈,伸(约10.)和侧屈(约5.)【l】.人工寰椎齿状突关 节置换的手术指征概括为:齿状突骨折难以复位或难以 固定,齿状突骨折不愈合或瘢痕形成,类风湿关节炎, 先天性颅底畸形等引起的难复性寰枢椎脱位需要做齿 状突切除减压的病例.由上述原因实施前路寰椎前弓及 齿状突切除减压后,表现最明显的是寰枢关节的旋转不 稳定,这主要是由于齿状突的枢轴作用丧失.目前,对 这类患者多采用前路或(和)后路寰枢椎融合术【】,主 要包括经口寰枢椎钢板固定:寰枢椎前路经关节螺钉内 固定;后路经寰枢椎关节螺钉内固定;后路寰枢椎钢板, 椎板夹内固定等术式. 寰枢椎融合术后,颈部旋转功能将大部分丧失,严 重影响患者工作,生活,如:无法驾驶汽车,参加体育 活动等.在寰椎齿状突关节骨折,脱位不能整复且脊髓 受压症状严重时,经口咽入路松解或减压是有效的治疗 方法【7名】.但齿状突切除减压后,进行寰枢椎前路或(和) 后路融合术,颈部旋转功能将大部分丧失,对术后患者 正常的工作,生活带来诸多不便.完整状态下的寰枢椎 其各种运动瞬时旋转轴位于寰椎齿状突关节部位,切除 寰椎前弓及齿状突后,各种运动瞬时旋转轴将向两侧小 3239 ;{};{?一陆斌等依据寰枢椎辑韵学测量设i/-翻造寰椎齿状突入I关节 关节突后移『1.9】.失去寰椎齿状突关节限制的寰枢椎稳定 性明显降低,生理状况下寰椎前弓限制寰椎向后移动, 横韧带限制寰椎向前移动,翼状韧带是第二位限制前后 移动的结构,寰枢韧带和关节囊是第三位的稳定因素. 寰枢关节的解剖结构严格限制过度旋转,韧带结构也有 限制作用.横韧带完好情况下,寰枢外侧关节双侧旋转 脱位的度数是65.,横韧带断裂时,旋转45.即可出现 脱位,单侧脱位可早于双侧脱位发生.翼状韧带也限制 旋转运动,当向一侧旋转时,对侧的翼状韧带拉紧起限 制作用l1们.由于人工寰椎齿状突关节置换是在前路减压 的基础上进行的,丧失了前纵韧带,翼状韧带,齿突尖 韧带和横韧带等的牵拉限制,而寰枢椎侧方及后部结构 对旋转活动的限制十分有限,如果仅单纯仿生寰椎齿状 突的车轴关节,而不加限制,将可能出现过度旋转以及 由此产生寰枢外侧关节骨折,脱位,对脊髓,椎动脉等 邻近重要结构造成刺激或损伤.为此我们专门设计了防 止过度旋转的限制装置,允许左右旋转各45.,达到 正常生理活动度,又不会出现过度旋转. 人工寰椎齿状突关节材料使用目前最为常用的钛 铝钒合金,其特点是抗拉强度,疲劳强度,耐腐蚀性 能及生物相容性好,密度低,弹性模量为钴铬钼合金 的一半,较为接近皮质骨,内置物材料低弹性模量对应 力传递至骨和减少应力集中,骨吸收及骨折发生具有好 处I1-13]~人工寰椎齿状突关节寰椎部件固定板和旋转轴 套高度为6inm'/J,于寰椎前弓高度(11.1?1.3)inm,不 会妨碍寰枕关节屈曲活动.寰椎部件旋转轴套外径8.0inm 和枢椎部件底座1直径9.5inm均小于齿状突前后径 (10.9?0.8)inm,不会压迫后方脊髓,底座2的设计是 为了避免寰椎固定板在旋转过程中与底座1发生碰撞, 枢椎部件(底座1+底座2+旋转轴)高度为15.3mm小于 齿状突高度(15.7?1.1)inm,不会造成上方的延髓压 迫,旋转轴高7.7mm大于旋转轴套高6.0inm,不会出现旋 转轴与旋转轴套脱位,枢椎固定板与底座1有10.向后夹 角,与枢椎椎体紧密接触,可仿生齿状突后倾角 (9.8?2.1)..有研究表明[14-1,双皮质螺钉固定可显 着提高颈椎标本在屈曲和侧屈活动状态下的稳定性.但 寰椎侧块及枢椎椎体后方有椎动脉,脊髓等重要结构, 出于安全考虑,选择单皮质固定,准备13,22mm长的松 质骨螺钉,在不突破寰椎侧块和枢椎椎体后方皮质的前 提下,选择较长的螺钉,进一步增加人工寰椎齿状突关 3240 节的稳定性18-19]. 本实验主要是通过测量50套正常成年人干燥寰枢 椎标本获得相应解剖数据,根据解剖测量结果设计,制 造寰椎齿状突人工关节.今后将在尸体头颈部标本上完 成经口咽寰椎前弓和枢椎齿状突切除减压,以及人工寰 椎齿状突关节置换,进一步论证人工寰椎齿状突关节的 实用性和可操作性. 4参考文献 lChanceyVC,OttavianoD.MyersBS,eta1.Akinematicand anthropometricstudyoftheuppercervicalspineandtheoccipital condyles.JBiomech2o07|4o(91:1953一l959 2StulikJ,VyskocilSebestaP,eta1.Atlantoaxialfixationusingthe polyaxialscrew—rodsystem.EurSpineJ2007;l6(4):479.484 3KoilerH,Kammermeierv.UlbrichtD,eta1.Anteriorretropharyngeal fixationCl-2forstabilizationofatlantoaxialinstabilities:studyof feasibility,technicaldescriptionandpreliminaryresults.EurSpineJ 2o06:l5f9):l326一l338 4PapagelopoulosPJ,CurrierBL,HokariY,eta1.Biomechanical comparisonofCl-C2posteriorarthrodesistechniques.Spine 2o07:32fl3):E363.E370 5HornEM.HottJS,PorteretaI.Atlantoaxialstabilizationwiththe useofC1.3lateralmassscrewfixation.Technicalnote.JNeurosurg Spine2006:5(2):l72.177 6CornefjordM,HenriquesAlemanyM,eta1.Posterioratlanto-axial fusionwiththeOlerudCervicalFixationSystemforodontoid fracturesandCI.C2instabilitvinrheumatoidarthritis.EurSpineJ 2003;l2f1):9I.96 7LausM,PignattiGMalagutiMC,eta1.Anteriorextraoralsurgeryto theuppercervicalspine.Spinel996;2lfl4):l687一l693 8VaccaroAR,LehmanAP.AhlgrenBD,eta1.AnteriorCl—C2screw fixationandbonyfusionthroughananteriorretropharyngeal approach.Orthopedicsl999;22(12,:Il65一Il70 9JeszenszkyD,FeketeTF.MelcherR,eta1.C2prosthesis:anterior uppercervicalfixationdevicetoreconstructthesecondcervical vertebra.EurSpine】20o7:l6(10):l695一l7oo l0PanjabiMM,SimpsonAK,IvancicPC,eta1.Cervicalfacetipint kinematicsduringbilateralfacetdislocation.EurSpineJ 2007;l6fl0):l680一l688 IlIvancicPC.PearsonAM.TominagaY,eta1.Mechanismofcervical spinalcordinjuryduringbilateralfacetdislocation.Spine 2007:32f22):2467—73 l2FaghihiS,BateniMR,AzariF'eta1.Theroleofcrystallographic textnreofTi一6Al一4Valloyoncellattachmentandproliferation. 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