Doctor of Medicine dissertation summary: Research the clinical, diagnostic imaging characteristics and evaluate the surgical outcomes of traumatic C1-C2 fracture

MINISTRY OF EDUCATION 

MINISTRY OF 

AND TRAINING

NATIONAL DEFENCE

MILITARY MEDICAL UNIVERSITY

KIEU VIET TRUNG

RESEARCH THE CLINICAL, DIAGNOSTIC 
IMAGING CHARACTERISTICS AND 
EVALUATE THE SURGICAL OUTCOMES 
OF TRAUMATIC C1­C2 FRACTURE
 
Specialty

:

Surgery

Code

:

97 20104

DOCTOR OF MEDICINE DISSERTATION SUMMARY

Hanoi ­ 2020


THE RESEARCH WAS COMPLETED AT
THE MILITARY MEDICAL UNIVERSITY

Scientific instructor:
Associate Prof. PhD. Vu Van Hoe

Reviewer 1: Associate Prof. PhD.  Nguyen Van Thach
Reviewer 2: Associate Prof. PhD. Bui Van Lenh
Reviewer 3: Associate Prof. PhD. Nguyen The Hao

The thesis will be defended before the university grade thesis 
examination board in military medical university: 

The thesis can be found at:
­

National library of Viet Nam


­

Library of military medical university
INTRODUCTION

Upper cervical spine injury is a very serious injury in general, 
particularly in spinal injury. The mortality or  severe sequelae rate 

caused  by  cervical   spine  injury  are  very  high.   The   upper   cervical 
spine including the atlas (C1) and the axis (C2) is the transition area 
between   the   skull   and   the   spine,   which   is   one   of   the   most 
complicated joints in the body. At the Neurosurgery Department of 
the Da Nang Hospital,  we have applied this technique for 10 recent 
years for unstable C1 – C2 injury treatment. Through clinical practice, 
we realize that the  unsolved  problem  in  C1  – C2  fracture  is  a full 
understanding of the injury characteristics, classification, indications 
for surgery and the selection of techniques and tools  for surgery as 
well as bone graft. In order to make new contributions to the process 
of diagnosis, selection of treatment method and plan for unstable C1 – 
C2 injury, we conducted the thesis "Research the clinical, diagnostic 
imaging  characteristics  and   evaluate   the  surgical   outcomes  of 
traumatic C1 – C2 fracture ” with 2 objectives: 
1. Describe the clinical and diagnostic imaging characteristics of 
unstable traumatic C1 ­ C2 fracture.
2.  Evaluate the surgical outcomes of  C1  ­ C2  stabilization with 
screw   via  C1  lateral   mass   and  C2  pedicle   combined   with   bone 
allograft.
New contributions of the thesis: 

­

Gave the size of C1 lateral mass and C 2 pedicle, then calculated 
the appropriate screws size in the C1­C2 fixation surgery.
­ Provided the effectiveness of a surgical method and the use 
of bone­graft materials which helped patients have no pain at the 


bone   donor   site,   shorter   operation   duration   and   100%   bone 

­

healing rate.
      Showed   further   postoperative   outcomes   (long   time 

tracking, 18 months); the VAS score, NDI and ASIA were better 
than before surgery with statistical significance (11.24% compared 
with 52.8%) 
The thesis structure: The thesis consists of 137 pages including 
45   tables,   68   pictures   and   4   charts.   The   layout   includes   the 
introduction (3 pages); chapter 1: Overview (35 pages); chapter 2: 
patients   and   methods   (26   pages);   chapter   3:   results   (28   pages); 
chapter 4: discussions (41 pages); conclusions (2 pages); the list of 
research publishes (1 page); references (128 documents including 7 
Vietnamese and 121 English documents) and appendices.
CHAPTER 1: OVERVIEW
1.1.  The cervical spine anatomy 
1.1.1. The bone structure
1.1.1.1.  The atlas C1
The C1 vertebral has no vertebral body. It is ring­like, rugged 
and consists of two large lateral masses  which contain two superior 
concave facets for articulation with occipital condyles and two inferior 
concave facets for articulation with the axis C2. The structure of the atlas 
includes  anterior  arch,  posterior   arch,  lateral   mass,  anterior  tubercle, 
posterior tubercle, transverse process, transverse foramen, articular facet 
with occipital condyles and articular facet with the axis.  The anterior 
and posterior arches are thinner to the two sides and where contact 

with the lateral masses is the thinnest; therefore it is a weak position 
and easy to break in trauma.
1.1.1.2.  The axis C2
The axis is the thickest and strongest vertebra in the cervical 
spine with a goose­like shape. The axis is easily identifiable due to its 
dens (odontoid process) which extends superiorly from the anterior 
portion of the vertebra. The dens is upward cylindrical, about 16.6 
mm   high   and   9.3mm   wide.   The   anterior   facet   of   the   dens   apex 
contains the facet for articulation with the concave at the posterior 
facet of the atlas anterior arch and the posterior facet of dens apex 
contains the facet for articulation with the transverse ligament, which 
form the medial atlanto­axial joint.
1.1.2.  The system of articulations and ligaments between C1 and 
C2
1.1.2.1 .  The medial atlanto­axial joint 
Formed   by   the   articulation   of   the   dens   of   the   axis   with   the 
articular facet of the atlas. 
The   cruciform   ligament  consists   of   two   parts:   the   transverse 
ligament connecting the inner facet of the atlas lateral masses and the 
longitudinal   fibers   connecting  the  upper   edge   of   transverse  ligament 
with the occipital bone and the lower edge of transverse ligament with 
the axis. 
The transverse ligament of the atlas  is stronger than the dens, 
therefore the odontoid process is often broken before the ligament in 
trauma.  However,   the  transverse ligament   is   not   strong enough  in 
some people and it is one of the pathological causes of atlanto­axial 
joint instability. 
1.1.2.2. The lateral atlanto­axial joints 

They are  plane  type synovial  joints  which are  formed  by  the 
articulation between the superior facets of C2 and the inferior facets 
of   C1  The   movements   occur   on   the   three   articular   facets 
simultaneously and mostly are rotation. 
1.1.3. Nerves:
The cervical spinal cord originates in the medulla oblongata and 
passes through the foramen magnum. It is wider at C3 and widest at 
C6 with the circumference of 38mm. The spinal cord consists of the 
white   and   grey   matter   that   can   be   distinguished   on   magnetic 
resonance   imaging.  At   the   upper   cervical   spine,   the   spinal   cord 
occupies only 2/3 of the spinal canal circumference, so  the nervous 
clinical   symptoms   are   very   poor   in   trauma   in   spite   of   the   spine 
dislocation.
The shape of cervical spinal cord: It is divided into 2 balanced 
parts by the anterior median fissure and posterior median sulcus. The 
fissure   is   deeper   and   wider   than   the   sulcus.   The   posterior   sulcus 
contains blood vessels and a fold of the pia mater.
1.1.4. The blood vessels:  The vertebral artery, which originates from 
the subclavian artery is the main blood supply for cervical cord.  In 
most cases, the vertebral artery enters the transverse foramen of C6, goes 
through the transverse foramen of vertebrae along the sides of cervical 
spine, bypasses the lateral mass and posterior arch of C1 and enters the 
foramen magnum.
1.2. THE BIOMECHANICS OF C1 ­ C2 STRUCTURE
The C1, C2 and occipital cranium form a complex that contains 
the  most   complicated  joints   in  the  body  because   they  support   the 
head and its movement, protect the spinal cord and other important 
structures. 

Most of rotation and a part of nodding and turning of the head 
movements   occur   at   the   superior   cervical   spine   (C0­C1­C2).   The 
loosening of joints allow the cervical spine to rotate nearly 50%. The 
tension is enough strong to protect the delicate spinal cord structures, 
blood   vessels   and   withstand   the   weight   of   head   and   the   force   of 
antagonistic muscles. 
1.3. THE CLINICAL SYMPTOMS OF C1 – C2 INJURY
The clinical symptoms of C1 – C2  injury are often poor, mainly 
are neck pain, stiff neck, radiating pain and numbness in the occipital 
region   and   limited   head   rotation   and   flexion   movements.   Patients 
with C1  – C2  trauma combined with severe spinal cord injury often 
die before hospitalization because upper spinal cord trauma causes 
damage   to   respiratory   and   circulatory   centers   in   the   medulla 
oblongata.
1.4. IMAGING OF C1 ­ C2 INJURY
1.4.1. Plain X ­ ray
1.4.1.1. Conventional X ­ ray
A   standard   3­view   cervical   spine   radiography   including 
anteroposterior, lateral and open­mouth odontoid views has a certain 
value in defining the damage in the C1 ­ C2 area.  
The Spence index is calculated by  the  lateral overlap of the C1 
lateral   masses   on   both   sides   against   the   lateral   borders   of   C 2, 
normally less than 6.9mm. If the Spence index is >  6.9 mm,  it is a 
definitive diagnosis of a transverse ligament rupture and the damage 
is unstable and requires surgical treatment.
The C1 – C2 dislocation was diagnosed based on the ADI index, 
which was calculated by the distance between the dens and anterior 
arch of  C1. In general, the  ADI  is  < 3 mm  in adult and  < 5 mm  in 

children.
1.4.1.1. Motion X ­ ray
It  is applied in  chronic  C1  – C2  dislocation,  suspicion  about 
pseudarthrosis of the dens or transverse ligament rupture to evaluate 
the ADI index.
1.4.2. Computed Tomography (CT scanning)
Until now, CT scanning image has been considered as the gold 
standard in definitive diagnosis and classification of upper cervical 
spine injuries.
* Fractures of C1:  It is classified according to Levine and Edwards, 
including 3 types:
Type I:  Single C1 posterior arch fracture, the most common, 
stable fracture, without transverse ligament damage. 
Type   II:   Fracture   of   one   anterior   and   one   posterior   arch 
caused by a straight compressed force in tilt­head position, rare 
Type III: Burst fracture of C1 (Jefferson fracture), commonly 
after   type   I   fracture,   caused   by   a   straight   compressed   force   in 
intermediary­head position, fractures of 2 points on anterior arch and 
1 or 2 points on posterior arch. 
* Atlanto­axial joint dislocation (C1 ­ C2) 
Definitive   diagnosis  of  C1  –   C2  dislocation,   classification, 
causes, MSCT reconstructs the 3D image.
* Odontoid fractures
The Anderson and D’Alonzo classification system  is  the most 
common. 
Type 1
Obliquely oriented fractures through the tip of the odontoid
Type 2
Occur through the base of the dens, where is contiguous to 

the C2 body
Type 3
Fracture runs through the metaphyseal bone of the C 2  body 
and fracture through the body of the axis.
1.4.3. Magnetic Resonance Imaging
It is applied in C1  fractures to evaluate the transverse ligament 
damage.   A   high   signal   indicates   an   edema   in   bone   marrow   and 
anterior   soft   tissues.   In   addition,   MRI   also   evaluates   the   state   of 
spinal cord contusion, bleeding and edema in anterior C 1  body soft 
tissues.
1.5.2. Posterior surgery for upper cervical spine injuries
1.5.2.1. Posterior C1 ­ C2 laminar wiring techniques
 Gallie technique: The use of posterior cervical wiring of 
the lamina of C1  and C2  was first described by Gallie in 1939. He 
used  steel  wire  to  twist  the  posterior  arch of  C 1  and  the  spinous 
process of C2 and a homo­bone­ graft between C1 and C2. 
Brooks – Jenkins technique:  Brooks and Jenkins offered 
an alternative method of posterior C 1  – C2  laminar wiring in 1978, 
two separate autologous bone pieces were wedged in between the 
C1 and C2  on both sides of the midline and wrapped the posterior 
arches of the C1 and C2.
­   Sonntag   technique:  Dickman   C.A.   et   al   described   the 
technique   of   Sonntag   in   the   1990s.   Sonntag   modified   the   Gallie 
technique to improve the rotational stability.
1.5.2.2. Posterior C1 ­ C2 transarticular screw technique 
In 1979, Magerl described the technique for the treatment of 
C1 – C2 dislocation and odontoid fractures. 
1.5.2.3. Occipital­cervical fusion 

The   occipito­cervical   fusion   was   described   in   the   last   40 
years,  firstly   used   a   bone­graft   and   posterior   occipito­cervical   area 
wiring. Newman and Sweetnam (1969)  placed the bone­graft at the 
occipito­cervical junction .
1.5.2.4.  The  C1  lateral mass screw with C2  pedicle surgery  (Harms 
technique).
The C1  lateral mass screw with C2  pedicle screw construct in 
the treatment for type 2 odontoid fracture was described by Goel and 
Laheri in 1994. In 2001, Harms and Melcher reported 37 patients who 
were applied this technique using polyaxial screw and rod.
­   Screw   C1   through   the   posterior   arch:   was   proposed   by 
Resnick and Benzel in 2001, the entry point of lateral mass screw was on 
the posterior arch. The technique reduced the risk of blood loss and 
occipital chronic pain due to effect on C2 root. 
1.5.3. Anterior surgery for upper cervical spine injuries
1.5.3.1. Transoral technique
It   goes   directly   to   the   atlas   and   axis   with   a   high   risk   of 
infection and other risk factors; therefore the technique has limited 
applications.
1.5.3.2. Anterior transarticular screw fixation C1 ­ C2 
Anterior   transarticular   screw   fixation   C 1  –   C2  was   first 
described   by   Barbour  in   1971.   Nevertheless,   this   technique   has 
limited   applications   because   it   has   more   disadvantages   than   the 
posterior techniques.
1.5.3.3. Direct odontoid screw fixation technique
Bohler   and   Nakanishi  et   al   independently   developed   the 
direct odontoid screw fixation technique for type 2 odontoid process 
fractures. In 1982, they published the technique. 

CHAPTER 2: MATERIALS AND METHODS
2.1. The patients
2.1.1. Inclusion criteria
­   Patients   with   the   definitive   diagnosis   of   C 1  –  C2  unstable 
injuries   based   on   clinical   symptoms   and   diagnostic   imaging 
techniques (plain X­ray, CT, MRI), include:
+ Type 2 odontoid fracture.
+ C1 – C2 dislocation.
+ Type 2 C1 fracture with Spence index > 6.9 mm or transverse 
ligament rupture on the MRI film.
2.1.2. Exclusion criteria
­ Patients with chronic diseases that affect the study results such 
as   heart,   liver   or   kidney   failure,   coronary   disease   and   ankylosing 
spondylitis. Patients with severe injuries that cause death or difficulty 
in   evaluate   the   surgical   outcomes   such   as   severe   traumatic   brain 
injury and chest trauma. Patients with suspected lesion of cancer or 
tuberculosis and patients are not monitored.
2.2. Methods
2.2.1. Research design
Prospective study, invasive non­controlled clinical description, 
evaluate the results on each patient before and after the treatment.
2.2.2. Sampling and sample size 
Convenience   sampling,   selected   all   patients   with   inclusion 
criteria during the study period.
2.2.3. Study process
2.2.3.1. Data collection method
Data was collected according to the established medical record 
with study criteria. The researcher would
­   Directly   asked   patients,   examined   and   evaluated   patients 

before surgery.


­   Evaluated   the   diagnostic   imaging   methods   with   diagnostic 
imaging specialists.
­  Evaluate the surgical outcomes of  C1  ­ C2  stabilization with 
screw   via  C1  lateral   mass   and  C2  pedicle   combined   with   bone 
allograft.
­ Participated in the operation and postoperative care.
­   Directly   asked   patients   and   evaluated   the   postoperative 
status   based   on   clinical   symptoms   and   X­ray   image   after   surgery 
following the study medical record at the times of:   predischarge, 3 
months and > 12 months.
­   Contacted   by   phone   or   invitation   letter   to   patients   for   re­
examination   at   the   Neurosurgery   Department   of   the   Da   Nang 
Hospital, with the evaluation questionnaire (NDI scale, VAS, ASIA) 
and requested patients to review and reply.
2.2.4.  Data processing
­ Data was collected and analyzed by the SPSS 22.0 software.
CHAPTER 3: RESULTS
3.1. General parameters
3.1.1. Age and gender
Mean age: 35.55 ± 15.01 years, 95%CI: 30.22 – 40.87
Min – Max: 8 – 60 years
3.1.2. Causes of trauma
  Causes   of   trauma:  Traffic   accidents  66,7%;  Fall   off  27,3%; 
Others 6.0%
3.1.5. Time before hospitalization:
Through   the   study   of  33 
patients we found that most patients were hospitalized on the first day 

after the accident (accounted for over 57.6%)
3.2. Clinical symptoms and diagnostic imaging of C1  ­ C2  unstable 
injuries
Subjective   symptoms:   Neck   pain   100%;   Limited   neck 


movement   90.9%;   Stiff   neck   30,3%;   Numbness   in   the   occipital 
region 6,1%
3.2.1.2. Objective symptoms
Thus, there were 9 out of 33 patients with movement disorders 
(mainly with incomplete or complete paralysis of 2 arms), 42.4% of 
patients with sensory disorders including mainly with numbness or 
reduction of 2 arms sensation and some with numb paresthesia. Only 
12.1% of hospitalized patients had a smooth muscle disorder.
3.2.1.4. Evaluate pain level according to VAS score
The Visual Analogue Scale (VAS) allows patients evaluate their 
pain level. In our research, the preoperative mean VAS was 5.03  ± 
1.74, of which the lowest score was 2 and highest score was 8.
3.2.1.5. Clinical assessment according to the ASIA scale score
Clinical classification according to the ASIA scale score: ASIA 
C 6,1%; ASIA D 21,2%; ASIA E 72,7%
3.2.1.6. Preoperative Neck Disability Index (NDI)
Preoperative neck disability: Mild (10 – 29%) 27,3%; Moderate 
(30 – 49%) 63,6%; Severe (50 – 69%) 9,1%
3.2.2. Diagnostic imaging characteristics
Table 3.8. General injury classification
Characteristics
Number  Percentage 
%
2

6.1
Single C1 fracture
21
63.6
Single odontoid fracture
C1 
–   C2  
dislocation
Combination 

Odontoid 
fracture
Odontoid 
pseudarthrosis
Odontoid 

7

21.2

1

3.0

2

6.1


fract

ure + 
C1 
brea
k
Total

33

100

3.2.2.1. Plain cervical spine X­ray
Table 3.9. Damages in conventional X­ray film
Conventional 
CT
Damages
X­ray
(n = 33)
(n = 33)
C1 break (n = 4)
2
4
Odontoid fracture (n = 31)
23
31
C1 – C2 dislocation (n = 8)
8
8

Percentage %
50.0

74.2
100

3.2.2.3. Evaluate the C1 ­ C2 anatomic index in CT
Table 3.15. C1 lateral mass width
C1 lateral mass width (mm)
Position
± SD
Right (n = 33)
13.56 ± 1.09
Left (n = 33)

p
0.68

13.67 ± 1.05

Table 3.16. C1 lateral mass length
Position 
C1 lateral mass length(mm) ± SD
Right ( n = 33)

17.35 ± 1.45

Left (n = 33)

17.41 ± 1.45

p
0.85

Table   3.17.   Distance   from   the   screw   fixing   position   to   the   C 1  


anterior arch
Position

Right (n = 33)

Distance from the screw fixing 
position to the C1 anterior arch (mm)
± SD
29.34 ± 1.97

Left (n =  33)

29.37 ± 2.02

p

0.94

* C2 anatomic characteristics
Table 3.19. C2 pedicle diameter
Position

C2 pedicle diameter(mm)

p

± SD
Right (n = 33)

5.11 ± 0.47

Left (n = 33)

5.12 ± 0.47

0.78

3.3. Surgical outcomes
3.3.1. Near outcomes
3.3.1.1. In operation
Operation   duration   and   blood   loss:  Operation   duration 
(minute) 108.6 ± 17.3 minutes;  Blood loss (ml) 211.8 ± 40.9 ml
* Bone­graft materials
In our study, all patients had a C1 – C2 trans­posterior arches 
bone­graft and we selected a homograft for 100% of surgery.
3.3.1.2. Pre­discharge 
­ Hospital stay: 17.03 ± 6.98 (8 – 33 days)
Table 3.26. Evaluate the accuracy of C1 screw

C1 
screw 

Righ
t

Left

position

1
2
l

Type 
Type 
Tota

Nu
mber 
(n)

Perc
entage 
%

31

93.9

30

90.9

2

6.1

3

9.1

33

100

33

100

Num
ber  (n)

Perce
ntage %

Table 3.27. Evaluate the accuracy of C2 screw

C2 
screw 
position

1
2
3
4

5

Type 
Type 
Type 
Type 
Type 

Righ
t
Nu
mber 
(n)

Left
Perce
ntage %

Nu
mber 
(n)

Perce
ntage %

21

63.6

19

57.6

7

21.2

11

33.3

4

12.2

2

6.1

1

3.0

1

3.0

0

0

0

0


Total

33

100

33

100

3.3.2. Further outcomes
* Subjective symptoms improvements
Table 3.35.  Compared the preoperative subjective symptoms with  
the last re­examination
3 months  Re­examination after over 12 months
Preopera
after 
(n = 33)
tive
surgery
Sympto
(n = 33)
(n = 33)
ms

Numbe Percentag Number Percentag Number  Percentag
r (n)
e %
(n)
e %
(n)
e %
Neck pain

33

100

9

27.3

3

9.1

Limited   neck 
movement

30

90.9

9

27.3

3

9.1

Stiff neck

10

30.3

3

9.1

0

0

Numbness   in 
the   occipital 
region

2

6.1

0

0

0

0

Table   3.36.   Compared   the   preoperative   smooth   muscle   disorder  
with the last re­examination
Re­
Preoper
examina
ative 
tion 
smooth 
after 
muscle 
over 12 
disorder
months
Percenta
Yes  (n)
ge %

Total

No (n)

Percenta
ge %

Yes

0

100

4

12.1

4

No

0

0

29

87.9

29

Total

0

33

p

33

< 0.001
Table 3.37. Compared the preoperative VAS with the last re­

examination

VAS score

p

Preopera
Re­examination 
tive
after over 12 months (n 
(n = 33)
= 33)
5.03   ± 
1.18 ± 0.88
< 
1.74
0.001
* Neck disability index
Table  3.38.  Compared   the   preoperative  NDI  and   the   last   re­
examination

NDI

3 months 
after 
surgery
(n = 33)
Numbe Percentag
r  (n)
e %

Preoperat
ive
(n = 33)

No  influence 
(< 10%)
Mild   (10   – 
29%)
Moderate 
(30 – 49%)

Re­examination after over 12 months
(n = 33)

Numbe
r (n)

Percentag
e %

0

0

0

0

9

27.3

25

75.8

21

63.6

7

21.2

Numbe
r (n)
20

Percentag
e %
60.6

13

39.1

0

0


Severe (50 – 
69%)
Complete 
influence   (
70%)
Total

3

9.1

1

3.0

0

0

0

0

33

100

33

100

0

0

0

0

33

100

Table 3.39. Neurological recovery according to ASIA 
3 months  Re­examination after over 12 months
Preopera
after 
(n = 33)
tive 
surgery

(n = 33)
ASIA
(n = 33)
Numbe Percentag Numbe Percentage  Numbe Percentage 
r  (n)
e %
r (n)
%
r (n)
%
0
0
A
0
0
0
0
B

0

0

0

0

0

0

C

2

6.1

1

3.0

0

0

D

7

21.2

3

9.1

2

6.1

E

24

72.7

29

88.9

31

93.9

Tota
l

33

100

33

100

33

100

* Evaluate the bone healing: In our study, the rate of bone healing at 
the born­graft site was 100%.

CHAPTER 4: DISCUSSION
4.1. General parameters
4.2. Clinical symptoms of C1 ­ C2 unstable fractures
4.2.1. Subjective symptoms


In the study, all hospitalized patients had symptoms of a neck 
pain and limited cervical spine movement, in which a limited neck 
rotation was the most striking. Other movements were less limited 
due to the pain of patients. All 33 patients showed symptoms of neck 
pain, which caused the patients to have to go to medical clinics. Stiff 
neck   only   accounted   for   30.3%   of   patients.   It   might   be   the   most 
suggestive symptom of C1  – C2  injury. The less common symptom 
was numbness in the occipital region (5.2%), which was often seen in 
patients with severe C1­C2  dislocation due to compression of the C2 
nerve root.
4.2.2. Objective symptoms
Evaluating the focal neurological deficits, we found that there 
were 9 out of 33 patients with limb paralysis (27.3%), of which 1 
patient had complete arm paralysis with muscle strength 0/5 and the 
remaining   8   patients   had   an   incomplete   paralysis   with   muscle 
strength from 2 to 4/5. The causes of neurological deficiencies were 
identified on the image due to spinal cord contusion, post­traumatic 
pulmonary edema and C1 – C2 dislocation causing spinal stenosis at 
the same level.
4.2.3. Evaluate the pain level according to VAS score
In our study, the preoperative VAS was 5.03 ± 1.74 with the 
highest score of 8. Most of patients in our study had a moderate pain 
with average VAS of 5 (5­6 VAS score) and some had a severe pain 
(7­8 VAS score). 

4.2.4. Preoperative neck disability index (NDI) 
In   our   study,   the   lowest   preoperative   NDI   was   24%   and 
highest one was 52%, mean NDI was 37.03   9.15 %. Most patients 
had the NDI in the moderate group (63.2%). 
4.2.5. Clinical neurological evaluation according to ASIA scale
In   33   patients,   we   found   that   24   patients   (accounted   for 
72.7%)   had   ASIA   ­   E,   9   patients   had   nerve   damage   including   7 
patients   with   ASIA   –   D   (21.2%)   and   2   patients   with   ASIA   –   C 
(6.1%). No one had complete motor paralysis with ASIA ­ A and 
ASIA ­ B.
4.3.  Diagnostic   imaging   characteristics  of  C1  ­   C2  unstable 
fractures
4.3.1. Plain cervical spine X ­ ray
Our results showed a certain value of conventional X­ray film 
in the diagnosis of C1 – C2 injuries, especially in cases of C 2 odontoid 
fractures or C1 – C2 dislocation type 2, 3 and 4. We diagnosed 74.2% 
of  patients   with   odontoid   fractures  by   conventional   X­ray   (open 
mouth X­ray film) and 100% of patients with C1­C2 dislocation in the 
study.   In   case   of   a   single   C 1  fracture,   conventional   X­ray   had  a 
limited value.
4.3.2. Injury characteristics in CT
C1 fractures characteristics
In our study, 4 patients were diagnosed of C1 fracture including 
2 patients with type 1 and 2 patients with type 2 according to Levin 
and Edwards classification. Spence index in C1 fracture was used to 
evaluate the status of the transverse ligament, which was one of the 
causes leading to  C1  – C2  unstable fracture when the  Spence  index 
was  >   6.9   mm.  We   found   2   single   C1  fracture   patients   with   the 

Spence  index  >   6.9   mm   and   2  C1  fracture   patients   with   type   2 


odontoid fracture. 
Odontoid fractures characteristics
In our study, there were 31 out of 33 patients with odontoid 
fractures   including   21   patients   with   single   odontoid   fracture,   8 
patients with C1 ­ C2 dislocation (1 patient with pseudarthdosis) and 2 
patients   with   C1  fracture.   In   odontoid   fractures   patients,   the 
displacement was mainly forward or not accounting for 10/31 and 
15/31 respectively, the displacement distance over 5mm accounted 
for 66.7%. They all had upper cervical spine unstable injuries and 
had a surgery indication coinciding with the view of other authors in 
in the world.
Some C1 anatomical features in CT relating to surgery
* C1 lateral masses
In our study, we measured that the anterior­posterior diameter 
of   the   C1  lateral   masses   was  17.35  ±  1.45mm  (right)   and  17.40   ± 
1.45mm (left) and the mean maximum distance from the screw fixing 
point to the C1  anterior arch  29.33 ± 1.97 (right) and 28.37 ± 1.97 
(left). 
One important parameter was the C1 lateral mass screw inward 
angle. In our results, it was  12.21 ± 1.27 degree  (right) and  12.45 ± 
1.30 degree (left). 
* Some C2 anatomical features in CT relating to surgery
In our study, the mean  C2  pedicle diameter was  5.11 ± 0.46 
and  5.12 ± 0.47  mm,  the mean incline angle was  24.79 ± 1.90  and 
24.79 ± 1.81 degree and the mean inward angle was 26.36 ± 3.38 and 
26.06 ± 2.61  degree.  According to these anatomical features, the C 2 
screw with 3.5 – 4mm diameter could be used without breaking the 

pedicle.


4.3.3. Injuries characteristics in MRI
MRI had advantage in evaluating the soft tissues, ligament and 
spinal cord damage. In this study, we used magnetic resonance in cases 
of preoperative neurological deficits to assess the extent of spinal cord 
injury and recovery prognosis.
4.4. Surgical outcomes
4.4.1.  Near outcomes
4.4.1.1. In operation
* Operation duration
In our study, the mean operation duration was 108.6 ± 17.3 
minutes. 
* Blood loss
The  mean  blood  loss   volume  was   211.8   ±  40.9  ml,   no  one 
required a blood transfusion indication during and after the operation. 
* Bone­graft materials
In the study,  we used a homograft for  100%  of patients.  It 
showed a low rate of complication and a good bone healing. 
4.4.1.2. Discharge
* Hospital stay
The mean hospital stay was 17.03 ± 6.98 days (min: 8 days, 
max: 33 days)
* The accuracy of C1 lateral mass and C2 pedicle screws
Evaluate the accuracy of C1 screw
In   our   study,   all  C1  lateral   mass   screws   were   performed 
conveniently.  After the operation, we performed MSCT to assess the 
accuracy of screw and the condition of vertebral arteries and it showed 
no case of vertebral arteries damage. According to accuracy of C1 screw 

classification, in our study, the number of ideal screws was 93.9% on the 
right and 90.9% on the left without any type 3 screw. 


Evaluate the accuracy of C2 screw
In our results, the type 1 and type 2 C 2 pedicle screws were 
major with 28/33 on the right and 30/33 on the left (81.8%). There 
were 6 acceptable pedicle screws and 2 unacceptable screws (type 4) 
with   consistent   postoperative   clinical   symptoms.   Patients   did   not 
have   worse   neurological   damage,   so   we   did   not   perform   any 
intervention.
4.4.2. Further outcomes
4.4.2.1. After 3 months of operation
Evaluate   the   subjective   symptoms   improvement   after   3  
months of operation
The   postoperative   cervical   spine   subjective   symptoms 
improved significantly. Before the operation, 100% of patients had 
a   neck  pain,   but   the  figure  was   9/33  (27.3%)   after   3  months   of  
surgery. Patients with a limited neck movement and numbness in 
the occipital region improved after 3 months of operation and there 
was no new case. 
Evaluate   the   objective   symptoms   improvement   after   3  
months of operation
Symptoms   of   motor,   sensory   and   smooth   muscle   disorder 
improved after 3 months of surgery. Before operation, 9 out of 33 
patients had a motor disorder and 14 out of 33 patients had a sensory 
disorder. After 3 months of operation, the figures were 3 and 2 out of 
33   patients   respectively.   Thus,   there   was   an   improvement   in 
objective symptoms. 
Smooth muscle disorder

The clinical assessment showed that there was only 1 out of 
33 patients with smooth muscle disorder after 3 months of operation. 
The difference was not statistically significant with p = 0.121