第一部分寰椎标本观察及相关解剖参数的测量分析目的:通过对寰椎干骨标本的观察及文献的复习明确寰椎椎弓根的定义及理想椎弓根钉道,通过对寰椎单节加压内固定系统设计相关的解剖学参数的测量及分析为该内固定系统的设计提供理论参数。方法:对20个寰椎干骨标本的整体、剖面观察并通过对文献的复习明确寰椎椎弓根的定义并确立理想椎弓根钉道。按寰椎椎弓根的定义及确立的理想椎弓根钉道对寰椎横向加压内固定系统的设计制作所需的相关数据进行测量,数据得出后进行相应的统计学分析。结果:椎弓根宽度(寰椎后弓与侧块的连接部即峡部的宽度)、椎弓根内径宽度(峡部骨松质的宽度)、椎弓长度(理想椎弓根钉道通过后弓的距离)、正中矢状面至进钉点内限(在通过两理想椎弓根钉道的剖面上作椎管前部后部最外侧点连线,该连线与后弓后缘交点到正中矢状面距离)、正中矢状面至进钉点外限(在通过两理想椎弓根钉道的剖面上作椎管前部后部最外侧点连线,通过同侧横突孔最内缘作该连线的平行线,该平行线与后弓后缘的交点到正中矢状面距离)、正中矢状面到理想进钉点距离(正中矢状面至理想钉道与后弓后缘交点的距离)、理想钉道长度(理想椎弓根钉道通过骨质的长度)、椎弓根高度(寰椎后弓与侧块的连接部即峡部中部的高度)、椎弓根内径高度(测量椎弓根高度处骨松质的高度)、椎弓后缘高度(理想进钉点处椎弓后缘高度)、理想进钉点距椎弓后下缘距离、寰椎后弓椎动脉切迹移行处与理想进钉点距离、内倾角(α角):理想椎弓根钉道头部与正中矢状面所成锐角、前倾角(β角):理想椎弓根钉道头部与寰椎下关节面所成锐角。分别为:9.3mm、5.07mm、5.43mm、17.89mm、25.15mm、22.50mm、29.98mm、5.24mm、4.12mm、6.14mm、2.11mm、3.08mm、29.96°、5.09°。结论:通过对寰椎干骨标本的观察及文献的复习明确寰椎椎弓根的定义及确立理想椎弓根钉道,通过对寰椎横向加压内固定系统设计相关的解剖学参数的测量及分析为该内固定系统的设计获得了部分理论参数。第二部分寰椎CT影像观察及相关影像参数的测量分析目的:通过对寰枢椎CT三维重建及多平面重建影像的观察进一步明确寰椎椎弓根的定义及理想椎弓根钉道的确立,通过对寰椎单节横向加压内固定系统设计相关的CT影像参数的测量及分析为该内固定系统的设计进一步提供理论参数。方法:对40位正常成年人的寰枢椎CT影像学资料进行三维及MPR重建。对三维整体图像及剖面图进行观察,然后对与此研究有关的相关径线和角度进行测量。对测量的结果进行统计学分析并与第一部分测量的结果进行比较。结果:椎弓根宽度(寰椎后弓与侧块的连接部即峡部的宽度)、椎弓根内径宽度(峡部骨松质的宽度)、椎弓长度(理想椎弓根钉道通过后弓的距离)、正中矢状面至进钉点内限(在通过两理想椎弓根钉道的剖面上作椎管前部后部最外侧点连线,该连线与后弓后缘交点到正中矢状面距离)、正中矢状面至进钉点外限(在通过两理想椎弓根钉道的剖面上作椎管前部后部最外侧点连线,通过同侧横突孔最内缘作该连线的平行线,该平行线与后弓后缘的交点到正中矢状面距离)、正中矢状面到理想进钉点距离(正中矢状面至理想钉道与后弓后缘交点的距离)、理想钉道长度(理想椎弓根钉道通过骨质的长度)、椎弓根高度(寰椎后弓与侧块的连接部即峡部中部的高度)、椎弓根内径高度(测量椎弓根高度处骨松质的高度)、椎弓后缘高度(理想进钉点处椎弓后缘高度)、理想进钉点距椎弓后下缘距离、寰椎后弓椎动脉切迹移行处与理想进钉点距离、马氏点(马向阳确立的椎弓根螺钉进钉点)到正中矢状面的距离、内倾角(α角):理想椎弓根钉道头部与正中矢状面所成锐角、前倾角(β角):理想椎弓根钉道头部与寰椎下关节面所成锐角。分别为(x±s mm或°):9.32±0.85、5.00±0.77、5.41±0.94、18.66±0.75、25.14±0.91、22.48±0.94、30.41±0.74、5.10±0.83、4.15±0.63、6.18±1.04、2.05±0.86、3.10±0.77、19.55±0.80、30.06±1.59、5.00±0.89。结论:通过对寰椎CT三维重建及多平面重建影像的观察进一步明确了寰椎椎弓根的定义及确立了理想椎弓根钉道,通过对与寰椎单节横向加压内固定系统设计相关的CT影像参数的测量及分析为该内固定系统的设计获得了进一步的理论参数。第三部分寰椎横向加压内固定系统的设计和有限元分析目的:按照第一、第二部分提供的各项理论参数,按照设计理念,设计一套既能很好的维持上颈椎的稳定性又不牺牲上颈椎正常的生理运动功能。并通过相关软件对该内固定系统进行模拟分析,评估其各项机械性能。方法:通过频数分布图表,对第一、第二部分数据进行进一步分析,为固定装置各部件提供更为准确的规格参数。寰椎横向加压内固定系统中螺钉长度及螺纹长度由椎弓根钉道长度决定。椎弓根螺钉螺纹外径由椎弓根的高度来决定。寰椎椎弓根螺钉的内径由其椎弓根的骨松质高度决定。寰椎椎弓根螺钉螺纹的设计为内锥形螺纹,寰椎椎弓根螺钉钉尾螺母配套设计为双枚螺母,横向锁紧螺丝尾部设计为一字型凹槽。横向弧形加压装置按照寰椎后弓的曲度进行设计,其可调范围按照测得的寰椎椎弓根进钉点两点间最大距离与最小距离的差,可调最大值为测得的寰椎椎弓根进钉点两点间最大距离,最小值为测得的两点间最小距离。然后通过软件在电脑上进行模型设计,然后将设计的模型进行有限元分析,了解其机械性能是否能满足临床的实际需要,最后委托厂家生产产品。结果:根据设计理念及前两部提供的参数,通过软件在计算机上设计出符合要求的内固定装置,并进行了仿真的机械性能测试符合临床实际要求。最后委托厂家生产出符合要求的产品。结论:此设计理念先进,结构合理,能满足临床实际需要,可以生产产品,为下一步生物力学实验做准备。第四部分三种后路寰椎椎弓根置钉方法单枚螺钉拔出力实验目的:通过对寰椎后路三种不同的椎弓根螺钉置钉法(马氏、谭氏及本研究设计的进钉法)进行单枚螺钉的抗拔出试验从而确定哪种置钉方法把持力更好。方法:取15个大小形态基本一致,寰椎椎动脉处后弓高度>4mm的寰椎干骨标本。寰椎椎弓根螺钉30枚(自行设计,委托委托江苏金鹿集团医疗系统械有限公司生产):外径3.5mm,螺纹长度25mm,螺距2mm,螺纹机构内锥形。将15个寰椎干骨标本的30个椎弓根随机分为三组,每组10个椎弓根,分别按马氏、谭氏及本研究设计的钉道进行置钉。使用日本岛津生物力学仪进行最大拔出力测试,观察相同螺钉不同置钉法下的最大拔出力。结果:分别按马氏、谭氏、本研究设计的钉道置钉,螺钉的轴向最大抗拔出力分别为(N):275.62±1.06、280.3±1.35、278.28±1.17。结论:分别按马氏、谭氏、本研究设计的钉道置钉,单枚螺钉的轴向最大抗拔出力无统计学差异。第五部分寰椎三种不同椎弓根螺钉置钉法内固定系统的整体拔出力测试目的:通过对寰椎后路三种不同的椎弓根螺钉置钉法:马氏、谭氏及本研究设计的进钉法进行整套内固定系统的抗拔出试验从而确定哪种置钉方法的内固定系统更加牢固。方法:将30个寰椎干骨标本随机分为三组,每组10个,30套本研究设计的内固定系统(型号规格完全一致)随机分为3组,每组10套。分别按马氏、谭马氏及本研究设计的进钉点和进钉方向进行置钉。分别安装相同横向连接装置(安装时通过幅度调节系统调整横向连接装置的弧度使之与置钉角度相匹配)。然后进行整体抗拔出试验,记录其最大的抗拔出力。结果:分别按马氏、谭氏、本研究设计的钉道置钉,内固定系统的整体的轴向最大抗拔出力分别为(N):1125.2±65.3、863.4±32.8、1468.28±78.9。结论:对马氏、谭氏、本研究设计的钉道置钉,内固定系统的整体的轴向最大抗拔出力的比较。本研究设计的钉道置入本研究设计的内固定系统抗拔出力最大,说明其对寰椎的固定更加牢固。第六部分寰椎单节横向加压内固定系统与单节钉棒系统重建寰椎骨环的生物力学试验目的:对不稳定性寰椎骨折标本进行单节横向加压内固定系统固定重建其骨环并进行生物力学实验,为以后的临床研究提供理论支撑。方法:将8具完整枕颈标本随机分为两组,其中一组为寰椎单节横向加压内固定组:在寰椎完整、寰椎不稳定性骨折、寰椎横向加压内固定三种状态下加载相同载荷进行枕颈活动度的比较。另一组钉棒内固定组:同样在三种状态下进行相同比较。通过比较对寰椎单节横向加压内固定系统对维持寰椎即时稳定性的效果进行评估。结果:寰椎单节横向加压内固定系统组的寰椎完整状态的枕颈前后屈伸、左右屈曲、左右旋转的幅度分别为(o):12.32±2.31、13.44±2.80、11.25±1.52、11.48±1.35、53.84±3.25、54.16±2.96;不稳定骨折模型组为(o):26.53±2.37、26.21±3.76、21.56±2.12、21.21±2.45、66.18±2.96、69.52±3.25;横向加压内固定系统组为(o):14.84±1.54、14.30±2.82、12.43±1.35、12.65±1.42、56.31±3.21、57.15±2.98。寰椎单节钉棒内固定系统组:寰椎完整状态的枕颈前后屈伸、左右屈曲、左右旋转的幅度分别为(o):11.56±2.42、11.44±2.38、11.38±1.47、11.59±1.26、53.47±3.56、54.23±2.85;不稳定骨折模型组为(o):27.52±2.06、26.18±3.54、21.62±2.06、21.05±2.32 66.26±2.58、69.48±3.16;单节钉棒内固定系统组为(o):15.87±1.64、14.25±2.76、12.26±1.18、12.26±1.35、56.38±3.12、57.36±2.35。组内比较不稳定骨折状态下枕颈各个方向的活动范围都大于完整状态;寰椎横向加压内固定系统状态下枕颈各个方向的活动范围都小于完不稳骨折状态;寰椎横向加压内固定系统状态下各方向活动范围与完整状态基本相近,各个方向活动范围进行比较均得出P>0.05,无统计学差异。寰椎钉棒内固定组枕颈活动范围:不稳定骨折状态>钉棒内固定状态>完整状态。组内比较均有统计学差异。横向加压内固定组活动范围<钉棒内固定组,两组比较有统计学差异(p<0.05)。结论:寰椎横向加压内固定系统对不稳定性寰椎骨折骨环重建后显著增强枕-寰-枢复合体的稳定性并可满足正常生理运动的需要。寰椎单节钉棒系统进行寰椎内固定后亦能增加寰椎不稳定性骨折的稳定性,但其稳定性没有前者坚强。