博士（医学）小谷善久 学位論文題名
Biomechanical Analysis of Cervical Stabilization Systems. An Assessment of Transpedicular Screw Fixation in the Cervlcal Spine.
（頚椎内固定法に関する生体力学的研究：頚椎における 経 椎 弓 根 ス ク リ ュ 一 固 定 の 安 定 性 評 価 ）
学位論文内容の要旨
緒言
近年、不安定頚椎の治療に種々の内固定法が用いられているが、前方法および 後方法の選択に関して未だ明かな適応の基準はない。固定法の選択は主に臨床上 の椎間不安定性評価に基づくが、in vivoにおける椎間不安定性の多様性はこの選 択を困難にする一因となっている。in vitroにおけるこの基準を確立すべく、頚椎 の 損 傷 程 度 と そ の 範 囲 を 変 化 さ せ たin vitro modelを 考 案 し た 。 腰椎における経椎弓根スクリュ一固定は、固定椎間の減少と同時に、他の後方 固定法に比べ優れた生体力学的固定性をもたらすと報告されている。近年、頚椎 における経椎弓根スクリュ一固定の報告が散見されるが、その生体力学的効果は 不明であり、これを定量化した基礎的実験の報告はなぃ。
本研究の目的は、1）7種の頚椎内固定法がもたらす生体力学的安定性と、頚 椎の損傷程度と範囲を変化させた4種の不安定性様式がこの安定性に及ぼす効果 の検討、2）頚椎経椎弓根スクリュ一固定と従来の頚椎内固定法がもたらす生体 力学的安定性を比較することである。
方法
24体の 仔牛頚椎(C3‑7)を 損傷の範囲（1椎間、2椎聞損傷）と程度（後方損 傷 、Three‑column損傷）によ り以下の4群に分類した。Group1：1椎間の後方 損 傷 、Group2：2椎 間の 後 方 損傷 、Group3：1椎 問 のThree−column損 傷、
Group4：2椎間のThree‑column損傷 。1椎 聞損傷はC5/6、2椎聞損傷はC4‑6で 靭帯及び椎間板を切離して作成した。Three‑column損傷では前縦靭帯と前方線維 輪のみ温存した。各群で以下の7種の固定法にっき生体力学試験を行った。後方 AO reconstruction plate: AOP、後方Bohlman棘突起triple‑wiring: TW、経椎弓根 スクリュ一固定(Asian VSP): TP、前方腸骨移植：BG、前方AcroMed bicortical plate: AM（1椎聞損傷のみに実験）、前方AO titanium locking plate: AOA、 AOAとTWの 前 後 方 固 定 ：AOA+TW。 各Spinal ConstructsはMTS試 験機(MTS Systems Inc，Minneapolis，MN)を用いて、軸圧(300N)、軸回旋(10 degree)、屈 曲(20 degree)、伸展(20 degree)の4種の負荷様式で非破壊試験した。得られる剛 性値と、伸び計で計測した固定椎間の前方及び後方部分の転位で安定性を評価し
た 。開 発したModified Loading Systemは屈 曲、伸展負 荷における 上位椎の unconstrained motionを実現した。統計処理にはOne−way ANOVA with Repeated measuresおよびStudent‑Newman‑Keuls Testを使用した。
結果
不安定性の増加に最も影響を受けたパラメーターばTorsional Stiffness（捻り剛 性）と屈曲負荷下の前方、後方転位であった。AOAおよび」へMの前方法は、各後 方法より1、2椎聞損傷のいずれにおいても、軸圧または軸回旋に対し不安定で あった(Pく0.05)。また、これらは屈曲負荷による後方転位をIntact Spine以下に 制御 できなかっ た。1椎間の後方 損傷では、AOPおよぴrwの後方単独法はいず れの 負荷に対し てもIntact Spine以上の剛 性値を示したが、TPおよびAOA+TW と比較すると低値であった。Three‑columnの2椎聞損傷では、これら後方法と前 方単 独法は軸回 旋に対して 不安定であ った。一方、AOA+TWとTPのみがこの損 傷様 式に対して 安定してい た。TPま1椎闇lThree‑column損傷モデルにおぃて AOA+TWと ほ ぼ 同 等 か そ れ 以 上 の安 定 性を 示 した 。TPのAOA+TWに 対 する 優 位性は、2椎間のThree‑column損傷における軸回旋と伸展負荷に対して明瞭に認 められた。
考察
本研究では、頚椎部における経椎弓根スクリューを合めた7種の固定法がもた らす生体力学的安定性を、臨床でみられる多様な不安定様式を考慮した4つの損 傷モデルを用いて評価した。後方損傷、Three‑column損傷のいずれにおいても前 方プレート固定は不安定であった。1椎聞損傷では、経椎弓根スクリューと前後 方併用固定術の生体力学的優位性が明らかに示されたが、注目すべきは、経椎弓 根スクリュ一固定がAnterior and Middle Column Support（脊椎前方支持）の必 要性を除外したことである。すなわち、経椎弓根スクリュー固定は後方単独固定 でThree‑column損傷の安定化を可能とした。
結語
1、頚椎損傷の程度と範囲を変化させたin vitro実験モデルは、種々の頚椎内固定 法の生体力学的評価に有用であり、その結果はin vitroにおける内固定使用の1つ の基準を示した。
2、屈曲負荷で認めた後方転位の増大と、軸圧及び軸回旋下の低い安定性は、後 方損傷、Three‑column損傷のいずれにおいても、前方プレート単独固定の使用を 支持しなかった。
3、Bohlman棘 突起wiringとAO reconstruction plate固定は、1椎間固定では Intact Spine以上の安定性を示したが、2椎間固定で脊椎前方要素が破壊される と捻り剛性を保持し得なかった。
4、前方プレートと後方棘突起wiringの併用、および経椎弓根スクリュー固定は、
他の固定法に比べ、生体力学的に優れた安定性を示したが、後者の安定性は多椎 間固定で前者を凌駕していた。経椎弓根スクリュー固定によるThree−column固定 は、極めて不安定な頚椎に対しても、従来の頚椎固定法では得られなかった後方 単独手術による安定性をもたらす。
学位論文審査の要旨 主 査 教 授 金 田 清 志 副 査 教 授 大 浦 武 彦 副査 教授 大河原 章
学 位 論 文 題 名
Biomechanical Analysis of Cervical Stabilization Systems. An Assessment of Transpedicular Screw Fixation in the Cervlcal Spine.
（ 頚椎 内 固定 法 に 関す る生体 力学的研 究：頚椎に おける 経 椎 弓 根 ス ク リ ュ ― 固 定 の 安 定 性 評 価 ）
本 研 究 の目 的 は、1）7種 の 頚椎 内 固 定法 が も たら す 生体 力 学的 安定性と 、頚 椎 の損 傷 程度 と 範 囲を 変 化 させ た4種の不安 定性様式 がこの安 定性に及 ぼす効果 の 検討 、2） 頚椎 経 椎 弓根 ス クリ ュ ―固定と 従来の頚 椎内固定 法がもた らす生体 力学的 安定性を 比較する ことである 。
方法
24体 の 仔 牛 頚 椎(C3‑7)を 損 傷 の 範 囲 と 程 度 に よ り 以 下 の4群 に 分 類 し た 。 Group1：1椎 間 の 後 方 損 傷 、Group2：2椎 間 の 後 方 損 傷 、Group3：1椎 間 の Three‑column損 傷、Group4：2椎 間 のThreeーcolumn損 傷。 各 群 で以 下 の7種の 固 定法 にっき生 体力学試験 を行った 。後方AO reconstruction plate: AOP、 後方 Bohlman棘突起triple−wiring: TW、経椎弓根スクリュー固定.(Asian VSP): TP、前 方腸骨 移植：BG、 前方AcroMed bicortical plate: AM（1椎聞損傷のみに実験）、
前 方AO titanium locking plate: AOA、AOAとTWの 前 後 方 固 定 ：AOA+TW。 各 Spinal Constructsはカ学試験機を用いて、軸圧(300N)、軸回旋（10 degree)、屈曲 (20 degree)、 伸 展 (20 degree)の 4種 の 負 荷 様 式 で 非 破 壊 試 験 し た 。 結果
AOAお よ びAMの前 方 法 は、 各 後方 法より1、，2椎問 損傷のい ずれにお いても、
軸 圧 ま た は 軸 回 旋 に 対 し 不 安 定 で あ っ た 。1椎 間 の後 方 損傷 で は 、AOPお よ び
TWの後方単独法はいずれの負荷に対してもIntact Spine以上の剛性値を示したが、
TPお よ びAOA+TWと比 較 する と 低 値であ った。Three−columnの2椎 聞損傷で は 、こ れ ら後 方 法と 前 方単 独 法は 軸回 旋に対して 不安定であ った。一方 、 AOA+TWとTPの み がこ の 損傷 様 式 に対 し て安 定 して い た。TPは1椎 闇Three‑
column損傷モデ ルにおいてAOA+TWとほぼ同等 かそれ以上の安定性を示した。
TPのAOA+TWに 対 する 優 位性 は 、2椎 間のThree−column損傷におけ る軸回旋 と伸展負荷に対して明瞭に認められた。
考察及び結論
本研究では、頚椎部における経椎弓根スクリューを合めた7種の固定法がもた らす生体力学的安定性を、臨床でみられる多様な不安定様式を考慮した4つの損 傷モデルを用いて評価した。後方損傷、Three‑column損傷のいずれにおいても前 方プレート固定は不安定であった。1椎聞損傷では、経椎弓根スクリューと前後 方併用固定術の生体力学的優位性が明らかに示されたが、注目すべきは、経椎弓 根スクリュ一固定が脊椎前方支持の必要性を除外したことである。すなわち、経 椎弓根スクリュー固定は後方単独固定でThree‑column損傷の安定化を可能とした。
口頭発表にあたり、大浦教授より使用動物の種類とその解剖学的相違、および 内固定器具のサイズについて質問があった。申請者は概ね妥当な回答を行った。
また、申請者は大浦教授、大河原教授より個別に審査を受け、合格とのご返事 を戴いている。
本論文は頚椎内固定法使用の新しい基準を示すと同時に、頚椎椎弓根スクリュ ーの安定性を初めて定量化した。よって、本論文は博士（医学）に相当するもの と認めた。
