背景颈椎后纵韧带骨化症(ossification posterior longitudinal ligament,OPLL)在我国拥有着巨大的患者群体,其可导致四肢与躯干感觉和运动功能障碍,严重者甚至出现瘫痪和大小便失禁。手术治疗通常被认为是唯一有效的治疗方法。OPLL的手术治疗可归纳为前路、后路两类。以往研究表明,前路手术方式可获得较比后路手术更佳的术后疗效。然而前路减压手术将面临较高的手术风险,要求术者技术较高,且在长节段OPLL的手术治疗中存在颈椎稳定性重建困难的问题。因而,针对OPLL理想的手术方式一直是脊柱外科争论的话题。我们前期提出了针对OPLL手术治疗的新技术,即颈前路椎体骨化物复合体前移融合术(anterior controllable antedisplacement and fusion,ACAF)。ACAF技术通过完成椎体骨化物复合体(vertebral-OPLL complex,VOC)的游离、前移来完成前方减压,而未直接切出后纵韧带骨化物,从而获得了传统前路手术直接减压的良好手术效果,同时也兼具了传统后路手术的手术安全性,且在临床研究发现其术后内固定相关并发症发生率显著低于传统前路手术。但由于ACAF技术需要切除椎体两侧部分结构,使其游离,这会在一定程度上加重对颈椎内在稳定性的破坏,但ACAF又采取了类似ACDF的多节段置钉分散应力的方法而避免应力集中的发生。因而,ACAF的稳定性及生物力学行为特性值得深入研究明确。同时,ACAF的解剖学研究尚未完善。对于脊柱外科医师,想要很好的掌握这项新技术,对其深入透彻的解剖理解,尤其是在明确术中开槽截骨的解剖标记、术中椎动脉损伤的风险性以及术中开槽减压与脊髓、神经根、颈椎椎间孔的解剖关系,显得尤为重要。本项研究通过生物力学研究对比分析ACAF、ACDF、ACCF的生物力学性能变化,以验证ACAF技术的稳定性和有效性,为其临床应用提供参考依据;通过构建ACAF的三维有限元模型,与ACCF、ACDF的相关生物力学特性进行对比,明确其生物力学行为特性;通过对新鲜尸体标本的解剖学研究和OPLL患者术前、术后的影像学研究,评估ACAF技术中椎动脉损伤的风险,并指出ACAF术中开槽减压与脊髓、神经根、颈椎椎间孔的解剖关系,以期为临床手术提供重要的解剖学参考依据。研究目的通过与主流颈前路手术的生物力学稳定性进行对比分析,证实ACAF技术的稳定性和有效性;构建ACAF的三维有限元模型,明确其生物力学行为特性;证实ACAF技术在椎动脉损伤方面的安全性,并明确ACAF术中开槽减压与脊髓、神经根、颈椎椎间孔的解剖关系。为今后其应用于颈椎个性化手术,以及临床改进手术技术、提升手术疗效提供科学的参考依据和理论基础。研究方法1、使用18具尸体脊椎的C1到T1区域来测试屈伸、左右侧弯和左右旋转的ROM(2Nm)。设置循环疲劳负荷测试条件为:循环载荷3Nm、频率2Hz、循环3000个。根据手术方法将所有标本随机分为三组:ACDF,ACAF和ACCF组。它们按照以下顺序进行测试:(1)完整状态的ROM测试,(2)每组模型(ACDF,ACAF,ACCF)的ROM测试,(3)循环载荷试验,n=3000,(4)每组模型(ACDF,ACAF,ACCF)的ROM测试。2、建立健康成人完整颈椎(C2-C7)的有限元模型。构建三种颈前路术式模型:(1)完成C4、C5前移的ACAF;(2)完成C4、C5椎体次全切除的ACCF;(3)完成C3/C4、C4/C5和C5/C6椎间隙减压的ACDF。于C2参考点施加不同方向上的2Nm纯力偶矩加载以及垂直与C2上界面向C7方向的75N垂直加载,以模拟前屈、后伸、侧弯、旋转。对各组模型的活动范围、终板应力、内固定系统应力、内置物应力及螺钉椎体界面应力进行分析比较。3、回顾性分析28例采用ACAF手术治疗的颈椎OPLL患者CT影像信息。测量7个影像参数:双侧钩突尖的距离,双侧钩突尖至横突孔内缘的水平距离,双侧极限斜行开槽线至横突孔内缘的最短垂直距离,双侧极限倾斜角度,双侧底部极限侧方减压距离,减压开槽宽度,双侧开槽侧壁至同侧横突孔内缘的距离。对11具新鲜冷冻保存成人头颈部尸体标本完成ACAF手术操作后,进行解剖学研究,测量2个解剖参数:开槽宽度,双侧开槽侧壁至同侧横突孔内缘的距离。4、回顾性分析47例采用ACAF或ACCF手术治疗的颈椎OPLL及颈椎管狭窄症患者的影像学信息。测量3个术后影像参数:减压开槽宽度,双侧椎间孔入口区的减压有效率,各手术节段的脊髓横径。对3具新鲜冷冻保存成人头颈部尸体标本完成ACAF手术操作后,进行解剖学研究,测量4个解剖参数:开槽宽度,脊神经前根自脊髓发出起始点之间的距离,双侧脊神经前根自脊髓发出起始点至椎间孔的长度,双侧脊神经前根下倾角的角度。结果1、各组术后在各方向上的节段及整体ROM均较完整状态下显著降低,而各组疲劳载荷后在各方向上的ROM较比术后的ROM有所上升。评估时间和手术方法的交互效应没有显著性,这显示各组节段及整体ROM的变化趋势是平行的。其中,ACCF组术后及疲劳载荷后在各方向上的ROM均明显大于其它两组,而ACDF组与ACCF组之间未见显著性差异。2、ACAF和ACDF术后ROM下降幅度大于ACCF,尤其是在前屈位、侧弯位。ACCF内固定系统中的应力峰值高于ACAF和ACDF,且螺钉钛板连接处应力最为集中。ACCF于C3、C6螺钉椎体界面的最大von Mises应力高于ACAF和ACDF。ACCF和ACAF内置物的最大von Mises应力高于ACDF。ACCF上下终板的最大von Mises应力高于ACAF和ACDF。3、双侧钩突尖的距离从C3至C6逐渐增大,且男性组显著大于女性。钩突尖至横突孔内缘的水平距离和极限斜行开槽线至横突孔内缘的最短垂直距离在C4水平最小,但各节段的数值均大于2mm。极限倾斜角从C3至C6逐渐减小。ACAF术后的影像测量结果及解剖测量结果均显示开槽宽度大于双侧钩突尖的距离,而各节段开槽侧壁至同侧横突孔内缘的距离均大于2mm。4、ACAF的减压开槽宽度明显大于脊神经前根自脊髓发出起始点之间的距离。C5-C8脊神经前根自脊髓发出的起始点的位置逐渐变高,且距离对应水平的椎间孔的距离逐渐变大,同时,C5-C8脊神经前根自头端向尾端逐渐变陡。ACAF组各节段的减压开槽宽度均显著大于ACCF组,且ACAF组各节段的椎间孔入口区的减压有效率普遍显著优于ACCF组,而ACAF组左侧的椎间孔入口区的减压有效率要优于右侧。结论本次研究通过生物力学和有限元分析证实,ACAF技术可获得与ACDF相近的术后稳定性和远期稳定性,并且明显优于ACCF的术后稳定性和远期稳定性。多节段置钉分散应力的理论在ACAF技术中同样适用,ACAF的内固定失败、头尾端螺钉松动、拔出及内置物下沉风险均小于ACCF,但其内固定失败及头尾端螺钉松动、拔出的风险仍大于ACDF,尤其是在旋转活动中。而在骨融合方面,ACAF要优于ACDF。同时,通过尸体解剖学及临床影像学研究证实,钩突可以被作为术中的有效解剖标志以保持ACAF术中减压的正确方向,从而避免损伤椎动脉,即使是面对极外侧型、宽基地型的特殊类型OPLL病例,采用限制的斜行开槽或底部侧方减压的方式也具有安全性,并且ACAF技术可以对椎间孔入口区做到有效减压,其减压开槽宽度可以包含双侧脊神经前根起始点及椎管内向外侧、向尾端走行的大部分脊神经结构。这项研究将为ACAF技术现有临床效果的解读及远期并发症的预测提供科学的参考依据,并对其提高临床实践操作和完善预后康复方案具有重要的指导意义。结合ACAF技术的临床优势,我们有理由相信其可成为治疗多节段OPLL的一种合适术式选择。