作者：张延哲，朴成东，马洪顺
【摘要】 研究骶二椎弓根钉固定拧紧力与骶骨应变分布，为临床骶二椎弓根钉固定术提供生物力学参数。取正常国人新鲜尸体骶骨标本，以椎弓根钉内进钉法固定于骶二椎弓根，以小型力传感器与椎弓根钉固定装置连接，测量椎弓根钉的拧紧力，同时以动静态电阻应变仪对预先粘贴在四个椎弓根螺栓固定边缘部位和骶骨不同部位的应变片进行应变电测量。得出了椎弓根钉的最大拧紧力和S1椎体、S2椎体、S3椎体正中线左侧和右侧应变值，还得出了S1左侧、S1右侧上关节突关节面部位及S1、2左侧，S1、2右侧骶后孔连线与骶中间嵴交点处应变值。说明骶二椎弓根钉术式符合生物力学原理。
【关键词】 骶二椎弓根固定；外进钉；拧紧力；应变电测量；应变分布规律
Abstract：To study fixation tightening force of sacral II pedicle screw and the strain distribution of sacral， and provide biomechanical parameters for clinical fixation method of sacral II.We got sacrum specimens from fresh corpses of normal people， and fixed in the second sacral pedicle by the method of outside pedicle screw and connected the small sensors to fixation device of pedicle screw to measure the tightening force of pedicle screw. At the same time，the electric strain measurement was done on the strain gauge of different parts which was resistance to static and dynamic strain gauge pre-pasted on the four fixed-site edge of Pedicle and the different parts of sacrum using the resistance strain gauge. As a result，we got the biggest tightening pulling-out force of the pedicle screw and strain value on the left side and right side of the center line strain of the S1 vertebral body， S2 vertebral body and the S3 vertebral body， and we also got strain value on the left side of S1， on the right side of the joint of S1， and the strain value on the sacral connection hole and the middle sacral crest point on the left side of S1、2 and the right side of S1、2.It proves that second sacral pedicle screw procedure in line fits for the biomechanics principles.
Key words：Second sacral pedicle fixation; Outside pedicle screw; Tightening force; Measurement of electric strain;Contingency distribution
1 引 言
骶骨骨折在临床上是一种常见的骨折，多以内外固定器械进行复位固定，常用的固定器械为内固定棒、椎弓根钉、外固定支架等。骶二椎弓根螺钉固定技术是新近兴起的新技术。国内外学者对骶骨骨折术式和骶二椎弓根钉固定方法进行了研究。但对于骶二椎弓根钉固定螺钉拧紧力及在最大螺钉拧紧力作用下，骶骨不同部位的应变分布规律研究未见报道。鉴于临床实际的需要，我们取正常国人新鲜尸体骶骨标本，以椎弓根钉内进钉法固定于骶二椎弓根，通过连接在螺钉固定装置上的载荷传感器测量螺钉拧紧力，以应变电测原理和技术测量在螺钉最大拧紧力状态下S1左侧，S1右侧上关节突关节面部位；S1，2左侧，S1，2右侧骶后孔连线与骶中间嵴交点部位；S1椎体正中右侧，S1椎体正中左侧，S2椎体正中右侧，S2椎体正中左侧，S3椎体正中线右侧，S3椎体正中线左侧各部位的应变值，得出了内进钉最大拧紧力和在螺钉最大拧紧力状态下，骶骨各不同部位的应变分布规律，对实验结果进行分析讨论。
2 材料与方法
2.1 材料
椎根钉为6.5 mm×35 mm，由中韩合资率高科技开发器械有限公司提供。粘贴电阻应变片胶水为北京化工厂生产的520快干胶。电阻应变片为浙江黄岩电测仪器厂生产的胶基泊式电阻应变片，标距为1 mm×1 mm，电阻应变片阻值为120Ω±0.1，电阻应变片灵敏系数为2.10。新鲜尸体骶骨标本由白求恩医科大学解剖教研室提供。均为男性，年龄为25～30岁。死亡2 h之内解剖尸体，取下骶骨共4个标本，以生理盐水浸湿的纱布包裹标本，装入塑料袋中，密封后置于-20℃冰箱内保存。
2.2 实验仪器设备
实验设备为岛津AG—10TA自动控制电子万能试验机，仪器为靖江市东华测试技术开发有限公司生产的DH3817型动静态应变测试分析系统和秦皇岛协力科技开发有限公司生产的XL2109型测力仪。
2.3 方法
实验前取出标本，在室温下解冻后，以椎弓根钉在骶二椎弓根进行固定，固定示意图见图1(a)。按照电阻应变片贴片工艺在骶骨各测点黏贴电阻应变片，电阻应变片布片示意图，见图1(a)、(b)。贴片后，自然干燥24 h后进行实验。分别将贴片干燥后的标本置于电子万能试验机的工作台上，首先对标本进行预调处理［1-4］，之后将粘贴于骶骨上各测点的应变片导线分别接在仪器的桥臂上，接线方式为半桥，温度补偿为外补偿。以小型力传感器与椎弓根钉固定装置连接，通过对椎弓根螺钉固定进行拧紧力实验，用测力仪测量最大拧紧力，同时用动静态应变测量系统测出各测点（部位）的应变值。
(a)
图 1(a) 背侧面布片示意图
Fig 1(a) The strain gauge location of side
(b)
图 1(b) 后视布片示意图
Fig 1(b) strain gauge location of back
注：1号测点为左侧S1上关节突关节面、2号侧点为右侧S1上关节突关节面，3号测点为左侧第1、2骶后孔连线与骶中间嵴交点，4号测点为右侧第1、2骶后孔连线与骶中间嵴交点，5号测点为右侧第1、2骶后孔连线与骶中间嵴交点，6号测点为骶1椎体正中线左侧、7号测点为骶2椎体正中线右侧，8号测点为骶2椎体正中线左侧。
2.4 统计分析
用SPSS 13.0统计学软件进行统计学处理，数据以X±S表示。
3 结果
椎弓根螺钉外进钉拧紧力结果见表1。表1 椎弓根螺钉外进钉拧紧力测试结果
4 讨论
李野等［5］对骶外侧脊，第一骶后孔与椎弓根的关系进行了研究，认为骶外侧嵴在矢状面上位于椎弓根的最后方，其外侧有髂嵴。由于髂嵴的阻挡，手术时很难再向外侧寻找进钉点。同时考虑骶骨前方有个安全区域，紧贴骶前孔的内侧有骶交感干，在骶正中有骶正中动静脉。在两者之间的区域没有大的血管神经通过，这就为置钉提供了有利的条件［5］。文献［5］还对置钉角度，钉道长度和螺钉直径进行了研究，认为由于骶二椎弓根的宽大，且在前方存在安全区域。确定了后方的一个进钉点，以骶骨正中为界，左右侧的螺钉不能超过正中的失状面，在侧面不能超过骶前孔的内侧缘，即骶二椎弓根的前缘与椎体的交点。钉道的长度范围是：35.46 mm＞钉道长度＞27.53 mm，螺钉直径最大应小于9.06 mm。最安全的直径应小于7.88 mm［5］。
本实验是文献［5］前期工作的继续，为了验证前期工作的可行性，作者对骶二椎弓根固定进行外进钉拧紧力和在最大拧紧力作用下骶骨各测点的应变分布规律进行了研究。实验结果表明，外进钉1号螺钉拧紧力为71.3±6.2N，2号螺钉拧紧力为59.9±4.8N，3号螺钉拧紧力为66.2±4.4N，4号螺钉拧紧力为67.2±5.4N。在1号螺钉最大拧紧力71.3±6.2N作用下，1号测点应变为81.5±6.3 με，1号测点为1号螺钉固定部位边缘左侧S1上关节突关节面部位，该部位由于应力集中，所以应变最大。最小应变发生在8号测点，应变为23.6±2.8 με，该测点远离加力点，所以应变最小。3号测点的应变为79.6±4.1με，3号测点为左侧S1，2骶后孔连线与骶中间嵴交点，该部位离加力点较近，所以应变较大。在2号螺钉最大拧紧力59.96±4.8N作用下，最大应变发生在2号测点，2号测点为2号螺钉固定边缘部位，该部位左侧S1上关节突关节面，该部位离加力点近，所以应变较大。最小应变发生在7号附近，7号测点为S2椎体正常线右侧，这里远离加力点，所以应变小。在3号螺钉最大拧紧力为66.4±4.4N作用下，最大应变发生在3号测点，3号测点为3号螺钉固定部位边缘。左侧S1，2骶后孔连线与骶中间嵴交点。该部位距加力点最近，所以应变最大。最小应变发生在8号测点，应变为22.8±2.6 με，该部位离加力点最远，所以应变小。在4号螺钉在最大拧紧力67.2±6.4N作用下，最大应变发生在4号测点，应变为89.7±6.1 με，该部位为右侧S1，2骶后孔连线与骶中间嵴交点，该部位离加力点近和受该部位应力集中的影响，所以应变大。
本实验结果显示，采用骶二内侧进钉最大拧紧力71.3±6.2N，最小拧紧力59.9±4.8N，四个螺钉进钉部位体积较大，作用的力较小，该四个进钉部位具有足够的承载能力。通过应变分析最大应变为2号螺钉（2号测点），为96.9±4.6 με（92.6×10-6）。很显然数字非常小，不足以对骶骨产生影响，由此可见，骶二椎弓根固定方法符合生物力学原理。
骶二椎弓根螺钉固定技术是新近兴起的新技术，由于骶二椎弓根形态与普通的椎弓根明显不同，这就决定了其固定方法可能不只一种。建议在行骶二置钉前，应做三维CT，明确了解骶二椎弓根的解剖参数，然后确定固定方法［5］。
参考文献
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［5］李野.骶二椎弓根应用解剖学研究［D］.吉林大学硕士学位论文，2007.6.