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1、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：最初是为治疗脊柱侧弯设计的： 作为作为临时复位系统临时复位系统并并辅助脊柱融合辅助脊柱融合上世纪60年代， Harrington和和Luqne问世问世后，扩大到后，扩大到脊柱创伤治疗脊柱创伤治疗上世纪上世纪70年代，年代，椎弓根螺钉装置椎弓根螺钉装置，例如，例如Dick钉、钉、RF钉杆装置钉杆装置上世纪上世纪80年代，由法国的年代，由法国的Cotrel和和Dubousset发明了发明了C-D钉棒结合装置系统钉棒结合装置系统三柱理论1983年年Denis提出三柱分类概念，提提出三柱分类概念，提出脊柱的稳定性有赖于中柱的完整，出脊柱的
2、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并强调后方韧带复合结构对稳定性的作用。作用。Denis提出三柱分类：提出三柱分类：将脊柱分为前、中、后三柱。将脊柱分为前、中、后三柱。前柱：前纵韧带、椎体前二分之一、前柱：前纵韧带、椎体前二分之一、椎间盘的前部。椎间盘的前部。中柱：椎体后二分之一、椎间盘后半中柱：椎体后二分之一、椎间盘后半部分、后纵韧带和椎管。部分、后纵韧带和椎管。后柱：关节突、黄韧带、棘间韧带、后柱：关节突、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带。棘上韧带。前柱承担前柱承担80的应力的应力中柱和后柱承担中柱和后柱承担20应力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固定原
3、则*重新再分配脊椎载荷重新再分配脊椎载荷*限制局部运动从而维持稳定限制局部运动从而维持稳定*在稳定的环境中，促进坚固的骨融合在稳定的环境中，促进坚固的骨融合脊柱融合术脊柱融合术原理原理：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。作用作用：限制运动 维持解剖 防止畸形发生脊柱融合术脊柱融合术范围范围：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位置： 前-椎体间植骨 后-关节突植骨植骨的来源植骨的来源：自体骨：髂骨，肋骨，胫骨，腓骨 异体骨 脊柱融合术脊柱融合术内固定物的要求：内固定物的要求： 1，很
4、好的生物相容性，很好的生物相容性 2，恢复脊柱正常的解剖关系和稳定性，恢复脊柱正常的解剖关系和稳定性 3，限制脊柱的自由度，限制脊柱的自由度 4，简单安全，容易安装，简单安全，容易安装 5，有足够的强度，以去除外支架，有足够的强度，以去除外支架 6，不影响术后影像学检查（，不影响术后影像学检查（CT,MRI）内置物的基本构成内置物的基本构成*长构件结构：棒，钢板，线缆长构件结构：棒，钢板，线缆*固定椎体构件：椎弓根螺钉，椎板钩，椎板下钢丝，固定椎体构件：椎弓根螺钉，椎板钩，椎板下钢丝，前方椎体螺钉前方椎体螺钉*将二者连接起来的连接部分将二者连接起来的连接部分张力带法则张力带法则融合期间载荷分布
5、的变化融合期间载荷分布的变化*正常情况下，椎体支撑近正常情况下，椎体支撑近75%80%的的脊柱压力载荷，而后部结构支撑余下的脊柱压力载荷，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，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后将会有骨的重塑随时间变化，随时间变化，植骨块与内植骨块与内固定材料支固定材料支持载荷的分持载荷的分布发生改变布发生改变融合期间载荷分布的变化融合期间载荷分布的变化载荷分布法则载荷分布法则椎间盘与椎体后部完整腰椎椎间盘
6、与椎体后部完整腰椎的载荷分布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后路器械力的分布载荷分布法则载荷分布法则*对于应用后路脊柱内固定器械，应理解和采取对于应用后路脊柱内固定器械，应理解和采取张力带张力带法则进行脊柱载荷再分布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压作用的内固定系统，却与正常生物力学相接
7、近*脊柱前柱包括椎体和椎间盘，当其中一部分存在缺陷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荷分布。因此，需行前路支撑植骨或其他方法的脊柱脊柱前路重建前路重建载荷分布法则载荷分布法则脊柱内固定器械脊柱内固定器械脊柱内固定器械的优点脊柱内固定器械的优点脊柱复位（侧弯，后突，滑脱）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维持复位的稳定，防止畸形进一步发展促进骨性融合促进骨性融合内固定类型内固定类型单纯螺钉（拉力螺钉）单纯螺钉（拉力螺钉）单纯
8、钢丝（作为张力带）单纯钢丝（作为张力带）钩棒结合钩棒结合钉棒结合钉棒结合钢丝与棒结合钢丝与棒结合钢板与螺钉结合钢板与螺钉结合颈颈 椎椎 器器 械械-螺钉螺钉颈椎颈椎单纯的螺钉单纯的螺钉固定最初设固定最初设计是为了治疗上颈椎的不稳计是为了治疗上颈椎的不稳定定C1-C2后路关节间螺钉固定技后路关节间螺钉固定技术是由术是由Magerl发展的发展的可使可使C1-C2复合体保持稳定，复合体保持稳定，促进融合促进融合无需无需Halo支架支架颈颈 椎椎 器器 械械-螺钉螺钉 前路单纯螺钉前路单纯螺钉固定用固定用于齿状突于齿状突II型骨折的轴型骨折的轴向固定向固定 适应证：禁忌用适应证：禁忌用Halo架的病人
9、；架的病人；C1-C2的运的运动对于病人很重要的病动对于病人很重要的病人人生物力学及临床数据表生物力学及临床数据表明，单螺钉比双螺钉明，单螺钉比双螺钉 更有效更有效颈颈 椎椎 器器 械械-钢丝钢丝 后路钢丝后路钢丝技术是张技术是张力带技术力带技术禁忌证：后方附件禁忌证：后方附件骨折或缺损存在严骨折或缺损存在严重的扭转或矢状面重的扭转或矢状面不稳定不稳定在扭转或伸展时，在扭转或伸展时，钢丝的稳定性不如钢丝的稳定性不如侧块钢板侧块钢板颈颈 椎椎 器器 械械-钩棒钩棒用于颈椎的钩棒系统包用于颈椎的钩棒系统包括：括：椎板夹椎板夹和和儿童钩棒儿童钩棒系统系统椎板夹系统适用于单节椎板夹系统适用于单节段颈椎
10、不稳定段颈椎不稳定在上颈椎，椎板夹系统在上颈椎，椎板夹系统并不比螺钉技术更稳定并不比螺钉技术更稳定在中，下颈椎，椎板夹在中，下颈椎，椎板夹可能侵占椎管，因此操可能侵占椎管，因此操作时要小心作时要小心颈颈 椎椎 器器 械械-前路钢板前路钢板前路颈椎钢板用于创伤已近前路颈椎钢板用于创伤已近十年十年生物力学实验显示：生物力学实验显示：在扭转、侧方弯曲和伸直的情在扭转、侧方弯曲和伸直的情况下，前路钢板系统与后路况下，前路钢板系统与后路钢丝提供同样的稳定性；钢丝提供同样的稳定性；在后柱不稳定的屈曲情况下，在后柱不稳定的屈曲情况下，前路钢板不是很适合前路钢板不是很适合颈颈 椎椎 器器 械械-前路钢板前路钢
11、板 但是临床研究显示，但是临床研究显示，前路钢板固定植骨融前路钢板固定植骨融可以有效地治疗爆裂可以有效地治疗爆裂骨折；颈椎半脱位合骨折；颈椎半脱位合并椎间盘突出和颈椎并椎间盘突出和颈椎肿瘤；还可以有效地肿瘤；还可以有效地应用于假关节融合以应用于假关节融合以及进行多节段融合。及进行多节段融合。颈颈 椎椎 器器 械械-前路钢板前路钢板适应证：适应证： 创伤创伤：椎间盘突出合并半脱位：椎间盘突出合并半脱位 伸直型泪滴骨折伸直型泪滴骨折 爆裂骨折爆裂骨折 严重旋转型损伤，需前严重旋转型损伤，需前后内固定后内固定 退行性变退行性变：类风湿关节炎造成：类风湿关节炎造成的多节段不稳定、假关节的多节段不稳定、
12、假关节 肿瘤肿瘤颈颈 椎椎 器器 械械-后路钢板后路钢板在上颈椎，螺钉可以通在上颈椎，螺钉可以通关节，穿过关节，穿过C1-C2的关的关节进行固定，也可以打节进行固定，也可以打入入C2的椎弓根。的椎弓根。C3-C6固定在侧块上固定在侧块上C7既可以固定椎弓根，既可以固定椎弓根，也可以固定侧块也可以固定侧块颈颈 椎椎 器器 械械-后路钢板后路钢板为了保护椎动脉，为了保护椎动脉，脊髓和神经根，每脊髓和神经根，每个病人在术前均应个病人在术前均应进行放射学检查以进行放射学检查以确定侧块的正确位确定侧块的正确位置；术中放置螺钉置；术中放置螺钉时要小心谨慎时要小心谨慎颈颈 椎椎 器器 械械-后路钢板后路钢板
13、适应证适应证： 创伤：创伤：不需椎体切除的爆裂骨折不需椎体切除的爆裂骨折 合并后方骨折的脱位或半脱位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严重扭转畸形需前后路固定 退行性变：退行性变：椎板切除后进行多节段融合椎板切除后进行多节段融合 截骨矫形后不稳定截骨矫形后不稳定 枕颈融合，去除枕颈融合，去除Halo架架后路胸腰椎器械后路胸腰椎器械-钢丝钢丝螺钉关节间固定螺钉关节间固定最初是用于一个或两个节段腰椎融合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，但其他一些报道虽然一些作者报道了它的
14、高融合率，但其他一些报道显示其效果不如椎弓根螺钉显示其效果不如椎弓根螺钉后路胸腰椎器械后路胸腰椎器械-钢丝钢丝 单纯后路钢丝单纯后路钢丝很少应用于很少应用于胸椎和腰椎胸椎和腰椎Luque首先将节段性棒与首先将节段性棒与钢丝技术应用与临床钢丝技术应用与临床用用Luque技术治疗侧弯和技术治疗侧弯和后突的效果很好，但穿过后突的效果很好，但穿过椎板的路径中会有神经损椎板的路径中会有神经损害危险，如使用线缆可以害危险，如使用线缆可以减少危险减少危险后路胸腰椎器械后路胸腰椎器械-钢丝钢丝适应证：神经肌肉性侧弯适应证：神经肌肉性侧弯 侧弯合并胸椎前突侧弯合并胸椎前突 特发性侧弯特发性侧弯禁忌证：椎管狭窄禁
15、忌证：椎管狭窄 后突后突 腰椎一般不用钢丝腰椎一般不用钢丝后路胸腰椎器械后路胸腰椎器械-钩棒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后路胸腰椎器械-钩棒钩棒节段性节段性固定最早是由固定最早是由Cotrel描述的：描述的：CD首先应用于侧弯和创伤首先应用于侧弯和创伤在腰椎（特别在下腰段），在腰椎（特别在下腰段），最好用椎弓根螺钉代替椎板最好用椎弓根螺钉代替椎板钩钩侧弯病人建议使用双棒结构，侧弯病人建议使用双棒结构，包括至少两个横连包括至少两个横连后路胸腰椎器械后路
16、胸腰椎器械对脊柱器械已进行了广泛的基础对脊柱器械已进行了广泛的基础科学的研究科学的研究动物实验的数据表明：后路脊柱动物实验的数据表明：后路脊柱内固定可以促进骨的融合内固定可以促进骨的融合当内固定的强度增加时，融合骨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。这种骨质疏松是关的骨质减少。这种骨质疏松是否具有临床意义还不清楚否具有临床意义还不清楚SINOUPASS后路胸腰椎器械后路胸腰椎器械体外的生物力学测试显示体外的生物力学测试显示脊柱内固定器械可以增加脊柱内固定器械可以增加脊柱结构的稳
17、定脊柱结构的稳定通常，脊柱内固定系统分通常，脊柱内固定系统分为为限制性限制性与与非限制性非限制性非限制性系统的疲劳寿命非限制性系统的疲劳寿命较长，通常失败是由于松较长，通常失败是由于松动而不是断裂。动而不是断裂。后路胸腰椎器械后路胸腰椎器械-钉板钉板椎弓根螺钉系统首先由椎弓根螺钉系统首先由Harrington使用，由使用，由Roy-Camille推广推广椎弓根螺钉比骨钩或钢丝稳椎弓根螺钉比骨钩或钢丝稳定性更好定性更好优势：滑脱复位，稳定运动优势：滑脱复位，稳定运动节段，矫正畸形。提高融合节段，矫正畸形。提高融合率率劣势：风险高（出血多，时劣势：风险高（出血多，时间长，感染率高），医生的间长，感
18、染率高），医生的水平要求高，并发症（椎弓水平要求高，并发症（椎弓根骨折，神经根损伤，脊髓根骨折，神经根损伤，脊髓损伤，血管损伤损伤，血管损伤）后路胸腰椎器械后路胸腰椎器械-钉棒钉棒 钉板钉板适应证：适应证： 滑脱复位滑脱复位 退行性变融合退行性变融合 假关节修补假关节修补 腰椎侧弯中腰椎侧弯中 下腰椎爆裂骨折不稳定下腰椎爆裂骨折不稳定 肿瘤切除后重建肿瘤切除后重建椎间融合器椎间融合器椎间融合器最早是从椎间融合器最早是从后路放在椎间隙，作后路放在椎间隙，作为分担应力的结构，为分担应力的结构，材料是碳纤维的材料是碳纤维的早期融合器是装满植早期融合器是装满植骨块后打入椎间隙，骨块后打入椎间隙，由于没
19、有内在的稳定由于没有内在的稳定性，使用时要求与后性，使用时要求与后路椎弓根螺钉系统配路椎弓根螺钉系统配合使用合使用椎间融合器椎间融合器带螺纹的融合器经生物力学带螺纹的融合器经生物力学测定，在屈曲和侧向弯曲时测定，在屈曲和侧向弯曲时稳定性明显提高。拔出力也稳定性明显提高。拔出力也高于取出骨桩的力。高于取出骨桩的力。水平放置两个带螺纹的融合水平放置两个带螺纹的融合器比单独放置一个要稳定，器比单独放置一个要稳定，其稳定性可以与椎间植骨伴其稳定性可以与椎间植骨伴后路椎弓根固定相比拟。后路椎弓根固定相比拟。椎间融合器椎间融合器后来的发展：既有后来的发展：既有前路，又有后路带前路，又有后路带螺纹的圆柱形融
20、合螺纹的圆柱形融合器器最近发展为可从镜最近发展为可从镜下放置下放置椎间融合器椎间融合器生物力学上，椎间融合器的生物力学上，椎间融合器的功能是通过撑开（纤维环，功能是通过撑开（纤维环，关节囊，韧带）的作用达到关节囊，韧带）的作用达到增加椎间节段的稳定。增加椎间节段的稳定。长期的稳定来自通过长期的稳定来自通过Cage椎椎体终板的骨愈合。体终板的骨愈合。椎间融合器椎间融合器 临床上，最近的前瞻性研究表明，对临床上，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。效果等于或高于多数传统的方法。椎间融合器椎间融合器虽然使用虽然
21、使用Cage的适应证的适应证没有明确的限制，但更没有明确的限制，但更适合以下病人：适合以下病人： 单节段病变单节段病变 无心理障碍无心理障碍 非手术治疗至少非手术治疗至少6个月个月以上没有好转以上没有好转椎间融合器椎间融合器直立的融合器（直立的融合器（Mesh），），在椎体切除后作为椎体的在椎体切除后作为椎体的替代物，可以恢复前柱的替代物，可以恢复前柱的结构。结构。Mesh需要应力的分散支需要应力的分散支持，因此需伴随前路钢板持，因此需伴随前路钢板或后路椎弓根系统固定。或后路椎弓根系统固定。不论是不论是Cage还是还是Mesh，均可用于颈椎，胸椎和腰均可用于颈椎，胸椎和腰椎。椎。前路胸腰椎器械前路胸腰椎器械最早用于胸腰椎侧弯的矫形，最早用于胸腰椎侧弯的矫形，由由Dwyer介绍，由介绍，由Hall和和Zielke修改修改在侧弯的凸侧放置棒，用垫在侧弯的凸侧放置棒，用垫片和螺钉连接，进行加压和片和螺钉连接，进行加压和去旋转以矫正畸形去旋转以矫正畸形此技术主要应用于胸腰段前此技术主要应用于胸腰段前中柱创伤、肿瘤和侧弯的矫中柱创伤、肿瘤和侧弯的矫形形后方不能再放置其他内固定后方不能再放置其他内固定物物
