周海清

山東省淄博市張店區(qū)人民醫(yī)院骨科，山東淄博 255035

單側(cè)椎弓根螺釘在腰椎融合手術(shù)中的應(yīng)用研究

周海清

山東省淄博市張店區(qū)人民醫(yī)院骨科，山東淄博 255035

目前關(guān)于腰椎椎弓根螺釘?shù)尼敯粝到y(tǒng)在腰椎融合手術(shù)中的應(yīng)用研究成果尚不能反映長(zhǎng)期的椎弓根螺釘固定系統(tǒng)的疲勞特性，不能達(dá)到與人體完全仿真的程度，而且有些組織的材料性質(zhì)目前尚不清楚。在研究過程中，人們對(duì)脊柱相關(guān)軟組織的生物力學(xué)特性進(jìn)行線性的簡(jiǎn)化和處理，一定程度上會(huì)對(duì)模型的結(jié)果產(chǎn)生影響。所以，對(duì)于脊柱生物力學(xué)性能方面的研究，能為今后的研究設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供一定的借鑒。

單側(cè)椎弓根螺釘；腰椎融合術(shù)；臨床應(yīng)用

脊柱后路內(nèi)固定手術(shù)是一種重要的脊柱穩(wěn)定手術(shù)，它的發(fā)展及演變起源于人們對(duì)脊柱畸形的矯正及脊椎骨折內(nèi)固定的病理學(xué)發(fā)展和生物力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)。1911年Hibbs第一次報(bào)道了關(guān)于脊柱融合的手術(shù)，并且規(guī)定了脊柱融合手術(shù)的最基本原則。20世紀(jì)80年代以后隨著相關(guān)脊柱生物力學(xué)方面的研究逐漸增多，脊柱以及椎間盤的解剖結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)、脊柱內(nèi)固定器械的生物力學(xué)以及不同的手術(shù)方式對(duì)脊柱的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響等方面的試驗(yàn)，深入闡述了脊柱后方結(jié)構(gòu)及其椎間關(guān)節(jié)在維持脊柱的穩(wěn)定性方面的重要作用，從而為脊柱融合手術(shù)的臨床應(yīng)用提供了一定的科學(xué)依據(jù)[1]。

現(xiàn)在的微創(chuàng)技術(shù)已被廣泛地用于外科手術(shù)領(lǐng)域，并逐漸在脊柱外科的手術(shù)中的占據(jù)主導(dǎo)地位[2-3]。在脊柱手術(shù)的過程中如何避免組織損傷，減少術(shù)中出血，這已經(jīng)變成了目前需要克服的一項(xiàng)難題。近年來關(guān)于單側(cè)腰椎椎弓根螺釘在腰椎融合手術(shù)中應(yīng)用方面的報(bào)道逐漸增多[4-5]，本文對(duì)單側(cè)腰椎椎弓根螺釘系統(tǒng)在腰椎融合手術(shù)中的應(yīng)用和研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 單側(cè)椎弓根螺釘固定系統(tǒng)的生物力學(xué)特性

1.1 單側(cè)椎弓根釘與雙側(cè)椎弓根螺釘?shù)膶?duì)比研究

Harris等[6]通過對(duì)尸體標(biāo)本的生物力學(xué)檢測(cè)，認(rèn)為在脊柱單側(cè)、雙側(cè)椎弓根螺釘固定系統(tǒng)穩(wěn)定性的人體試驗(yàn)中，雙側(cè)脊柱椎弓根螺釘內(nèi)固定系統(tǒng)具有較好的脊柱穩(wěn)定性，但是在目前的臨床應(yīng)用中未得到滿意的療效，在最佳的脊柱內(nèi)固定強(qiáng)度方面還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[7-9]。Suk等[10]通過對(duì)87例患者實(shí)施的脊柱后外側(cè)單節(jié)段內(nèi)固定融合和雙節(jié)段內(nèi)固定融合手術(shù)中得出，單側(cè)脊柱椎弓根內(nèi)固定與雙側(cè)脊柱椎弓根能固定的脊柱融合率分別為91.5%和97.5%，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.121），但是，在降低患者手術(shù)費(fèi)用和縮短手術(shù)時(shí)間方面，單側(cè)椎弓根螺釘內(nèi)固定系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)。貢小強(qiáng)等[11]在行后正中手術(shù)切口腰椎間融合術(shù)（posterior lumbar interbody fusion，PLIF）中，對(duì)單、雙側(cè)脊柱椎弓根螺釘內(nèi)固定系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，兩者的術(shù)中出血量和手術(shù)時(shí)間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，脊柱椎體間的植骨融合率以及JOA評(píng)分改善率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.2 模擬仿真的研究

陳志明等[12]根據(jù)正常人體的腰3～5節(jié)段CT掃描數(shù)據(jù)，利用Geomagic Studio 9.0、Simple ware 2.0和Abaqus 6.7系統(tǒng)軟件重建了人體正常的腰3～5三維的有限元模型（INF），并以此為基礎(chǔ)，建立了腰4/5單側(cè)椎弓根釘棒固定加后外側(cè)橫突間植骨融合系統(tǒng)的手術(shù)模型（M1），脊柱單側(cè)椎弓根釘棒固定并應(yīng)用單個(gè)融合器械放入模具（M2）、脊柱雙側(cè)椎弓根釘棒固定系統(tǒng)并應(yīng)用單個(gè)融合器械放入模具（M3）。在模擬腰椎活動(dòng)中，進(jìn)行腰椎前曲后伸旋轉(zhuǎn)及側(cè)屈的基本活動(dòng)，并在腰3椎體上面加500 N的預(yù)載荷以及10 N·m的轉(zhuǎn)矩。在不同情況下分別觀察腰4、腰5節(jié)段的角移位、脊柱椎弓根釘內(nèi)固定以及融合器的應(yīng)力作用分布。結(jié)果顯示，在不同情況下M1、M2、M3各個(gè)角移位都比INF少，以M3減少最多；除了脊柱右屈以及后伸，M2、M3角移位降低的程度相差不大，但是在脊柱左屈、右屈以及右旋轉(zhuǎn)、左旋轉(zhuǎn)的時(shí)候M1的穩(wěn)定性較差。在脊柱椎弓根釘應(yīng)力峰值方面，M1較M2和M3高，尤其是在脊柱后伸、左側(cè)屈時(shí)脊柱椎弓根釘?shù)膽?yīng)力峰值最大。M2椎弓根釘?shù)膽?yīng)力峰值較M3高。在各種情況下，M2脊椎椎間融合器的應(yīng)力峰值均較M3高。所以，脊柱的單側(cè)椎弓根釘固定系統(tǒng)加用單個(gè)椎間融合器，能夠?yàn)榧怪峁┳銐虻姆€(wěn)定性，該方法可以用于腰椎退變性疾病的手術(shù)內(nèi)固定。在脊柱融合器的應(yīng)力峰值方面，脊柱單側(cè)椎弓根釘棒固定系統(tǒng)并應(yīng)用單個(gè)融合器械放入模具明顯高于雙側(cè)椎弓根釘棒固定系統(tǒng)的模具，但是在脊柱融合器沉降方面，脊柱單側(cè)椎弓根釘棒固定系統(tǒng)較雙側(cè)椎弓根釘棒固定系統(tǒng)高。

董健文等[13]切除腰4～5的椎間盤以及同側(cè)＞2/3的椎體間的關(guān)節(jié)，造成脊柱單節(jié)段的不穩(wěn)定，結(jié)果顯示，除了脊柱左側(cè)彎以外，脊柱單側(cè)椎弓根釘棒固定系統(tǒng)組在脊柱其他各個(gè)方向上的活動(dòng)與雙側(cè)椎弓根釘棒固定系統(tǒng)組比較，運(yùn)動(dòng)范圍（range of motion，ROM）沒有明顯增加，即使在左側(cè)彎，其ROM也較雙側(cè)組小。因此脊柱單側(cè)椎弓根釘棒固定系統(tǒng)和雙側(cè)脊柱椎弓根釘棒固定系統(tǒng)相比，在脊柱絕大多數(shù)活動(dòng)方面其穩(wěn)定性是相當(dāng)?shù)摹?/p>

2 手術(shù)入路

2.1 傳統(tǒng)后正中手術(shù)切口

在相應(yīng)節(jié)段的椎間隙后正中線做縱行切口，依次切開皮膚、皮下組織、腰背筋膜，并剝離肌肉組織，暴露脊柱椎板以及脊柱的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)。以脊柱橫突的中心線和脊柱小關(guān)節(jié)突外緣的交點(diǎn)作為脊柱椎弓根的進(jìn)釘點(diǎn)。用開口器打開椎弓根后緣骨皮質(zhì)，探針插入椎弓根骨髓道內(nèi)，并探測(cè)其深度和方向，選擇長(zhǎng)度及直徑合適的脊柱椎弓根釘緩慢擰入。

2.2 微創(chuàng)旁正中切口

在病變節(jié)段的稍外方依次切開皮膚、皮下組織以及深筋膜，沿脊柱骶棘肌的中間逐層分離，暴露脊柱的小關(guān)節(jié)突、脊柱的上下關(guān)節(jié)突以及脊柱的椎板，進(jìn)釘點(diǎn)為脊柱橫突的中心線和脊柱小關(guān)節(jié)突外緣的交點(diǎn)。其余方法與脊柱后正中切口相同。

3 單側(cè)椎弓根螺釘在不同方式植骨融合手術(shù)中的應(yīng)用

3.1 在脊柱后正中入路腰椎植骨融合手術(shù)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)PLIF是由Cloward提出的一種行之有效的脊柱腰椎的手術(shù)方法，在腰椎間盤突出癥、腰椎退變性造成的腰椎不穩(wěn)、腰椎椎體滑脫等治療方面取得了較好的臨床療效。PLIF主要應(yīng)用于腰椎間盤源性所致的腰背痛和腰椎間盤突出癥、腰椎退行性變?cè)斐傻牟环€(wěn)所致的腰腿痛、嚴(yán)重的腰椎椎管狹窄癥需要進(jìn)行椎管廣泛減壓的患者以及腰椎間盤的髓核摘除術(shù)后復(fù)發(fā)患者；但是對(duì)于年輕的患者、過度肥胖的患者、有嚴(yán)重骨質(zhì)疏松的患者以及重度腰椎椎體滑脫的患者是不適宜的[14-15]。

PLIF在脊柱的椎體間植入骨塊或Cage，應(yīng)用骨塊或Cage的支撐和后面的脊柱椎弓根釘以及連桿的固定作用從而達(dá)到脊柱椎體間的融合，限制了本節(jié)段的活動(dòng)。這種優(yōu)點(diǎn)在于可以去除全部的椎間盤組織，有效地維持椎間隙高度，擴(kuò)大椎間孔進(jìn)行充分的減壓，提高了椎體間的融合率。缺點(diǎn)在于椎體間植入的骨塊容易錯(cuò)位。切除脊柱的棘突及其韌帶、椎板，造成后柱結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，容易造成脊柱失穩(wěn)以及造成后路脊柱椎體間植骨融合困難。手術(shù)中對(duì)脊神經(jīng)根以及硬膜囊的牽拉會(huì)導(dǎo)致脊神經(jīng)根功能一過性或永久性暫時(shí)損失、硬膜囊撕裂和手術(shù)后硬膜外纖維瘢痕形成，手術(shù)過程中需要?jiǎng)冸x大部分的椎旁肌，這樣手術(shù)的創(chuàng)傷較大和術(shù)中出血較多。如果在較高水平容易導(dǎo)致脊髓的損傷，產(chǎn)生嚴(yán)重的并發(fā)癥，因此只適應(yīng)于腰2～骶1節(jié)段[16]。

3.2 微創(chuàng)PLIF在脊柱手術(shù)中的應(yīng)用

微創(chuàng)PLIF手術(shù)是指在脊柱后正中線旁邊的2～3 cm 處C型臂X線機(jī)導(dǎo)針定位后，相應(yīng)的病變椎間盤處切一個(gè)約2.5 cm的切口，沿導(dǎo)針逐級(jí)擴(kuò)張或者管狀的擴(kuò)張器牽開病變的椎間隙。在手術(shù)內(nèi)鏡系統(tǒng)的支持下完成椎間孔的減壓和椎體間的植骨融合，應(yīng)用撐開器時(shí)在直視下同樣可以完成椎間孔的減壓和椎體間的植骨融合。椎體間植骨融合完成后，也可以應(yīng)用小切口、內(nèi)鏡或者經(jīng)皮的椎體間內(nèi)固定術(shù)[17-18]。林斌等[19]對(duì)102例腰腿痛患者應(yīng)用單側(cè)椎弓根釘固定系統(tǒng)和傳統(tǒng)后正中入路雙側(cè)脊柱椎弓根釘固定系統(tǒng)進(jìn)行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)微創(chuàng)單側(cè)脊柱椎弓根釘固定具有手術(shù)時(shí)間短、出血量少、椎體間的融合率較高等優(yōu)點(diǎn)，是一種安全可行的治療方法。

3.3 在經(jīng)椎間孔腰椎椎體間融合術(shù)中的應(yīng)用

為了避免在PLIF手術(shù)中過度牽拉脊神經(jīng)根以及硬膜囊，Hams等[20]提出經(jīng)椎間孔腰椎椎體間融合手術(shù)（transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF）。TLIF手術(shù)切口可以選在更偏離后正中線的外側(cè)，在后正中線旁邊的4～5 cm處作一個(gè)小切口，完全暴露以后切除一邊的部分關(guān)節(jié)突到達(dá)椎間盤的后外緣，手術(shù)顯露和椎間植骨融合的方法與微創(chuàng)PLIF類似[21]。TLIF克服了手術(shù)中牽引脊神經(jīng)根和硬膜囊導(dǎo)致的神經(jīng)損傷，并且保留了前縱韌帶、后縱韌帶、棘上韌帶和棘間韌帶的結(jié)構(gòu)完整，同時(shí)由于腰背肌的附著點(diǎn)大部分得到保留，避免了肌肉的失神經(jīng)支配，這對(duì)于手術(shù)后的功能鍛煉和恢復(fù)非常有利[22]。這種治療方法在腰椎間盤突出癥、腰椎退變?cè)斐傻难挡环€(wěn)、腰椎椎體滑脫等疾病的治療方面也獲得了較好的臨床療效。

TLIF主要是經(jīng)脊柱單側(cè)后外側(cè)入路行脊柱的前柱內(nèi)固定。其優(yōu)點(diǎn)是：能降低對(duì)脊柱椎管內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的損傷，對(duì)脊神經(jīng)根、硬膜囊的干擾降低到最小。保持脊柱椎板及脊柱關(guān)節(jié)突的穩(wěn)定性，防止脊柱內(nèi)固定物脫出、斷裂。手術(shù)過程中對(duì)硬膜囊不用牽拉，和PLIF的手術(shù)方式不同，TLIF更適合于上位腰椎。其缺點(diǎn)是：在手術(shù)入路一側(cè)要切除部分關(guān)節(jié)突，并且在脊柱的椎體間植骨融合相對(duì)困難[23-25]。張連生等[26]認(rèn)為，脊柱單側(cè)椎弓根釘TLIF手術(shù)與脊柱雙側(cè)椎弓根釘內(nèi)固定TLIF手術(shù)比較，兩者在術(shù)后的效果上差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與PLIF比較，TLIF在減少手術(shù)的時(shí)間及術(shù)中周圍組織損害、降低手術(shù)死腔方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

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Application research of unilateral pedicle screw in lumbar spinal fusion surgery

ZHOU Hai-qing
Department of Orthopedics,Zhangdian District People′s Hospital of Zibo City in Shandong Province,Zibo 255035, China

The application of the lumbar vertebral pedicle screw-rod system in lumbar spinal fusion surgery can not reflect the long-term fatigue characteristics of pedicle screw fixation system,and the level of simulation similarity can not completely match with the human body.Currently,some material properties of tissue is not clear.In the process of research,the linear simplification and processing of biomechanics characteristic of the spine related soft tissues to some extent affect the outcome of the model.Therefore,the results of the study on biomechanics of the spine can provide some reference designs for future research and application.

Unilateral pedicle screw;Lumbar spinal fusion surgery;Clinical application

R687.3

B

1674-4721（2014）02（a）-0187-03

2013-12-06本文編輯：郭靜娟）