骶骨三维固定增强脊柱骨盆尾端锚定的效应和生物力学机理研究

How to strengthen sacral fixation effectively is a formidable problem encountered in the surgical treatment for degenerative lumbar deformity using long segment spino-pelvic fixation. A series of biomechanical investigations were conducted on the effect of bone mineral density and the most of current augmented sacral fixation techniques, including biocortical sacral fixation, tricortical sacral fixation, screw-bone interface augmentation, increase illium or S2 fixation points. Furthermore, these findings indicated that low bone mineral density played an important role in the failure of fixation techniques. The patients suffered from degenerative lumbar deformity frequently with osteoporosis. Spine pedicle as a 'force core' offers rigid fixation, instead, in sacrum, anterior and posterior cortical bone act most. In the condition of thinner sacral cortex caused by osteoporosis, sacral fixation is prone to failure. Thus, the ways to augment single anchor point, or multiple points are not effectively to improve sacral fixation. Therefore, we raise 3-dimensional fixation combining the plane fixation integrated by multiple anchor points with'locked' augmentation of sacral pedicle. This program is to obtain the strong evidence of sacral fixation augmentations, through stress evaluation, finite element analysis, and in vivo and in vitro biomechanical tests. Furthermore, this program will elucidate the concept and mechanism of 3-dimensional fixation combining the plane fixation integrated by multiple anchor points with'locked' augmentation of sacral pedicle, which could provide new ways and theory to resolve the problem of sacral fixation failure in long segment spino-pelvic fixation.

有效增强骶骨固定是长节段脊柱骨盆固定治疗退行性腰椎畸形的难题。我们已对当今增强骶骨固定的改良固定方式（双皮质、三皮质钉），强化钉-骨界面，追加锚定点（髂骨钉、S2钉）及骨密度进行了系列生物力学研究。研究结果表明骶骨增强固定技术显著提高固定强度，而且骨密度降低是导致增强固定技术失效的重要因素。退行性腰椎畸形大多数为骨质疏松老年患者。脊柱固定其"力核"在椎弓根，而骶骨却在骶前、后皮质，骨质疏松却使皮质变薄易导致固定失效。因而强化单点，单点到多点的传统固定模式不能有效增强骶骨固定。因此，我们提出固定由点扩散到面，并通过"锁定"增强其不典型椎弓根实现骶骨的三维固定。本项目拟通过体内、体外生物力学实验及启用应变片测定和有限元分析方法，旨在获得增强骶骨固定的可靠证据。本项目将阐明骶骨固定由点到面，并"锁定人工椎弓根"的三维固定的作用和机制，为解决长节段脊柱骨盆尾端骶骨固定失败难题提供新思路和理论依据。

增强骶骨固定是长节段脊柱骨盆固定治疗退行性腰椎畸形的难题。研究结果表明骶骨增强固定技术显著提高固定强度，而且骨密度降低是导致固定技术失效的重要因素。退行性腰椎畸形大多数为骨质疏松老年患者。脊柱固定其“力核”在椎弓根，而骶骨却在骶前、后皮质，骨质疏松却使皮质变薄易导致固定失效。因而强化单点，单点到多点的传统固定模式不能有效增强骶骨固定。因此，我们提出固定由点扩散到面，并通过“锁定”增强其不典型椎弓根实现骶骨的三维固定。本项目在骶骨三维固定的理念上根据骶骨后方皮质结构特点设计了锁定型骶骨椎弓根钉板系统。锁定型骶骨椎弓钉-板系统固定优势之一为椎弓根钉的锁定，同时限定了骶骨椎弓钉的进钉方向。而在骶骨，置钉方向显著影响螺钉的把持力，进而会影响整个重建结构的稳定性。因此，在不同骨质状态下研究了矫正脱轨螺钉对其固定强度的生物力学影响。在骨质正常状态下，矫正脱轨S1双皮质椎弓根钉可以获得同等固定强度，然而，在骨质疏松状态下，试图矫正无法有效阻止螺钉固定强度的丢失，此时，应优先考虑追加强化固定技术或增加固定点。此结果证明需要改进锁定型骶骨椎弓根钉-板系统的锁定孔多向性以便于保证良好的骶骨椎弓根钉方向。然后对改良的锁定型骶骨椎弓根钉-板系统进行生物力学测试。结果表明对于长节段腰椎-骨盆固定，增加S2钉或髂骨钉可以增强固定结构的生物力学稳定性，而应用锁定型骶骨椎弓根钉-板系统不但能使之获得与采用髂骨钉的腰椎-骨盆固定结构同等的固定强度，还能抑制S1椎弓根钉下沉的作用，有利于降低切割所致的松动。本项目通过生物力学实验方法，创新性设计了锁定型骶骨椎弓根钉-板系统实现了骶骨三维固定，为解决长节段脊柱骨盆尾端骶骨固定失败难题提供新方法。