腰椎椎板关节突螺钉内固定术的研究进展
发布日期:2018-05-24 0:00:00浏览:31
腰椎椎弓根螺钉(lumbar pedicle screw, LPS)因其生物力学性能好、植骨融合率高等优点而被广大学者所认可,用于重建腰椎的稳定性[1,2]。但LPS存在肌肉组织剥离范围大、固定过度僵硬而导致邻近节段退变等不足的问题,成为影响腰椎疾病远期治疗效果的重要因素[3,4,5]。腰椎椎板关节突螺钉(lumbar translaminar facet screw, LTLFS)比LPS的损伤小,且有着同样良好的生物力学性能[14,15,16,17,18],使得腰椎内固定术中的LTLFS固定技术近年受到学者的关注。下胸椎TLFS和LTLFS固定技术最早由Magerl[6]在1984年报告,是一种利用长螺钉从一侧棘突基底穿向对侧椎板和下关节突关节并止于横突基底部的辅助性固定方式。该技术由Magerl在King于1944年提出的关节突螺钉固定技术基础上改进产生的。近几年LTLFS的应用得到发展和推广,其置钉技术逐步由开放式置钉转变为经皮操作等多种置钉方式。笔者就LTLFS的置钉技术、生物力学性能、适应证、禁忌证、临床应用效果评价及其并发症进行综述。
1 LTLFS置钉技术的解剖学与影像学研究

腰椎椎板是椎弓根向后方延续形成的短而宽厚的板状结构,其走行呈向外下方,与棘突基底及横突基底在同一直线上。Lu等[7]就LTLFS的置入进行解剖学研究,在30具L1~L5的腰椎标本上,测量椎板上缘和下缘的厚度,并对钉道的长度、尾倾角和外倾角进行解剖学测量,以棘突基底部中上1/3点作为钉道置入点,钉道长度为棘突基底部至横突基底部之间的距离,以矢状面和横断面为基准测量椎板的尾倾角和外倾角。测量结果表明,钉道的长度和外倾角从L1~2到L5~S1逐渐增加,长度从41 mm增加到54 mm,外倾角从39°增大到60°,而钉道的尾倾角逐渐减小,从60°减小至38°。椎板的厚度从上往下逐渐增加,且上缘的厚度比下缘薄,上缘厚度的范围从L1的1.3 mm到L5的2.0 mm,下缘的厚度范围从L1的6.7 mm到L5的7.8 mm。LTLFS的长度在L1~L5水平可以用40~50 mm螺钉,L5~S1可用60 mm、直径为4.5 mm的螺钉。置入角度上,在L1~L5水平,以40°~50°的外倾角、35°~40°的尾倾角置入腰椎关节突关节。在L5~S1节段,以50°~55°的外倾角、35°~40°的尾倾角置入腰椎关节突关节。这一解剖学研究为LTLFS内固定的选择提供了很好的解剖学依据。
LTLFS固定技术目前的置钉方式除传统的开放置钉,主要还有应用影像学技术辅助[8,9,10]、自制瞄准器[11,12]及微型机器人[13]等方式引导下的置钉。临床上最基本置钉方式是在术中X线透视监测下进行。Phillip等[8]最早提出术中透视监测下螺钉置入位置的X线影像学评价标准:在正位片上,钉道以椎板棘突结合处为进针点,并指向关节突关节;侧位片上,螺钉终止于椎弓根后方且靠近横突基底部;出口位上的螺钉应该在椎管外侧,并在椎板骨皮质内;斜位片上,螺钉应靠近椎板下缘并穿过关节突关节中央。影像学技术辅助在螺钉的置入中已有广泛应用,尤其是微创手术中。Shim等[9]报告影像学辅助的经皮腰椎椎板关节突螺钉(percutaneous lumbar translaminar facet screw, PLTLFS)固定在前路椎间融合手术中的应用,术前通过对CT、MRI的影像学测量,确定头倾角、尾倾角及体表螺钉置入点距中线的距离,术中结合术前测得的数据,应用放置于体表的骨穿针确定螺钉的大致位置,在X线监视下经皮置入克氏针,确认位置良好的情况下置入套管,最后置入螺钉。应用此方式共置入65枚PLTLFS,结果显示影像学引导的PLTLFS在技术上是可行的。Amoretti等[10]进一步研究了术中CT引导下PLTLFS的置入技术,他们对56例符合置入LTLFS适应证的前路椎间融合术患者进行CT引导下的经皮置钉。术前在进行CT三维重建影像上设计合适的钉道,并标出皮肤表面的皮肤进针点,术中在CT引导下从皮肤表面标记位置置入套管并置入PLTLFS。该研究表明,CT引导下的PLTLFS置入是快速、安全、有效的方式。虽然影像学监视下的经皮置钉技术减小了损伤,但与开放置钉类似的是,均存在准确性和安全性不足,术中可能需要多次调整导针、钻孔,易导致螺钉松动或位置不正确,且置钉过程需要影像学监测,存在放射线损伤且操作时间长的缺点。因而,有人不断探索其他方式,以减少置钉过程中的误差。Jang等[11]在2003年报告制作的一种置钉引导装置,是根据解剖学中椎板与棘突基底及横突基底在同一直线上的原理,按照解剖学测得的头倾角及外倾角数据而设计。他们应用该引导装置为18例因下腰椎退变而接受前路椎间融合植骨术患者进行PLTLFS的置入,术后CT扫描表明置钉效果可。但此导向装置存在不足,其置钉角度不能根据患者的个体化情况进行调整。曾忠友等[12]进一步设计了一种可以调节深度和角度的LTLFS瞄准器,此瞄准器可以根据个体化数据调整头倾角和尾倾角,并经过临床对比验证了其精确性和安全性。随着计算机技术的发展和应用,Lieberman等[13]在置钉技术个体化方面进行了改进,他们尝试应用微型机器人指导PLTLFS的置入技术,并有1例病例报道。该技术通过术前的CT扫描获得各个椎体的三维重建数据,手术医师应用专有的软件完成钉道设计,术中应用X线监测与术前CT扫描数据进行匹配和修正,用收集的数据引导机器人进行PLTLFS置入。置入的螺钉应用影像学进行评价,螺钉位置良好。他们认为,微型机器人的应用提高了置入PLTLFS的精确性,但需在术前和术中充分收集数据并及时完善置钉方案。
2 LTLFS的生物力学研究

LTLFS在生物力学上的性能以往被认为不如LPS稳定牢靠,螺钉在反复周期性运动之后存在松动、移位甚至断裂的倾向。但近几年的研究表明,LTLFS的生物力学性能并不劣于LPS[14,15,16,17,18]。Razi等[19]对单一节段中LPS和LTLFS固定的生物力学性能对比研究结果表明,两者的生物力学性能无明显差异,LTLFS在屈伸方面的固定性能优于LPS。Hartensuer等[14]对比了几种后路固定方式的生物力学性能,发现LTLFS固定在侧向弯曲固定方面不如LPS,在轴向旋转、屈伸方面差异无统计学意义。Oxland等[16]的研究表明,在单独前路椎间融合术后,LTLFS能增加运动节段在伸展和轴向旋转的稳定性。Zhan和Tian[17]在腰椎双节段前路椎间融合联合后路固定术中,比较LPS和LTLFS固定的生物力学性能,发现LTLFS固定与LPS固定在生物力学性能上差异无统计学意义,认为LTLFS固定可作为LPS固定的替换方式;同时指出,该试验忽略肌肉对生物力学性能的影响,并缺少对远期生物力学性能的评价。Hou等[18]的研究证实,LTLFS能提供与LPS相似的固定强度,且对邻近节段的影响更小。在诸多后路内固定术中,双侧椎弓根螺钉(BPS)因能提供坚强的固定和极高的植骨融合率,被认为是脊柱后路内固定的"金标准" [1]。但BPS创伤过大,且单侧椎弓根螺钉(UPS)固定存在轴向旋转而稳定性明显下降,出现了将UPS联合对侧椎板关节突螺钉(UPSFS)应用于腰椎固定的做法,以提高内固定的稳定性,不少学者对此混合固定方式进行了生物力学研究。有研究表明,BPS固定与UPSFS固定提供的稳定性差异无统计学意义[20,21,22]。Liu等[23]对这一混合固定方式在双节段固定中的生物力学性能进行研究,将8具冰冻人体腰椎标本的L3~L5节段作为研究对象,对BPS、UPS 、UPSFS固定进行的生物力学对比结果表明,BPS能为脊柱提供最好的稳定性,UPSFS的稳定性介于BPS与UPS之间,但UPSFS在侧弯方面的稳定性弱于BPS。他们提出,在合适的双节段脊柱病变患者中,UPSFS能够成为BPS的替代固定方式。而Gong等[24]在有限元模型中的研究得出类似结论,其研究结果表明,UPSFS固定能够提供优于UPS或BPS的稳定性。曾忠友等[15]对应用椎间融合器的情况下,腰椎双节段不同固定方式的生物力学性能进行研究,发现UPSFS能明显提高固定节段的强度,减少固定节段各项活动度,生物力学性能优于单独应用UPS和TLFS,差异有统计学意义。总之,LTLFS具有良好的生物力学性能,能为脊柱固定提供良好的稳定性,UPSFS被不少学者认为可以作为BPS固定的替代方式。
3 LTLFS的适应证和禁忌证

LTLFS主要应用于腰椎和腰骶部病变的前、后路融合术。前、后路融合术因在术后初期并不能提供足够的脊柱稳定性,可导致术后椎间高度恢复受影响。LTLFS的应用可提高术后脊柱稳定性和植骨融合率。伴有腰椎不稳的退行性疾病例如椎间盘疾病、退变性滑脱或退变性不稳、椎管狭窄、腰椎翻修手术或腰骶畸形及医源性腰椎不稳[25,26],是应用LTLFS的适应证,也可用于少数创伤性或创伤后腰椎不稳的辅助性固定[26],防止脊柱过度压缩或分离。完整的后柱骨性结构是LTLFS应用的前提条件,因此,在需进行切除减压或经椎间孔路径减压的术中,LTLFS会因缺少附着点而不宜使用。同时,LTLFS不适用于多节段病变、腰椎椎弓根峡部裂伴或不伴椎体滑脱、肥胖患者、腰椎退行性滑脱Ⅱ度或以上、腰椎椎管狭窄、严重骨质疏松及椎板或关节突发育不良。LTLFS需要完整的前柱结构,故不适用于肿瘤及感染[26]。
4 LTLFS的临床应用效果评价和并发症

LTLFS最早报道是一种用于下胸椎和腰椎骨折治疗的辅助固定[5],后来多用于腰椎和腰骶椎前、后路融合术中,以增强术后脊柱稳定性和提高融合率。Shim等[9]分析2001 — 2002年共20例行前路椎间融合术联合PLTLFS固定的退行性病变患者,有10.8%的患者发现螺钉突破椎板表面但未损伤或压迫神经,融合节段融合率为100%,手术出血量约222.5 ml(100~520 ml),无一例输血,80%的患者有良好的临床预后。结果表明,LTLFS是一种在前路椎间融合术中微创、有效的后路固定方式。大量的临床研究证明,LTLFS能提高融合率,手术创伤相对于LPS小且更安全易操作。Park等[27]进一步进行前路椎间融合术联合PLTLFS固定在老年人群中的临床预后研究,收集2004年1 — 6月共29例接受前路椎间融合术联合PLTLFS固定术的60岁以上患者的临床资料并进行随访,平均随访时间为14.6个月。随访结果表明,微创前路椎间融合术联合LTLFS固定在老年人中可以作为一种微创手术方式,但在特定的情况下,如手术节段多或患者有严重的骨质疏松,术后可出现明显的椎间隙塌陷,双节段固定融合是椎间隙塌陷的显著影响因素。随着单侧LPS联合对侧LTLFS混合固定应用的增多,Cao等[28]评估经椎间孔路径腰椎融合术(TLIF)中应用UPSFS固定的有效性及安全性,并与BPS固定进行对比。他们将40例单一节段腰椎退行性变患者随机分成两组,分别采用上述两种不同的固定技术,并用Oswestry功能障碍指数(ODI)、日本骨科学会(JOA)评分、视觉模拟评分(VAS)结果作为评价标准。术后结果为UPSFS固定的出血和手术时间明显少于BPS固定,并且术后6周、3个月、6个月、1年的ODI、JOA评分、VAS两种固定差异无统计学意义。随访结果表明,TLIF联合UPSFS对比TLIF联合BPS能在不影响临床效果的前提下减少软组织损伤和手术时间。Liu等[29]认为,TLIF联合UPSFS是单一或双节段腰椎退行性疾病的安全、有效的治疗方式。Amoretti等[10]在CT引导下的PLTLFS置入是在局部麻醉下进行,平均操作时间单节段为15~25 min,双节段为40~50 min。术后进行1~3年随访,以Macnab标准评估预后,术后随访结果好。Zeng等[30]对椎间融合术联合单侧LTLFS治疗下腰椎疾病的29例患者进行随访研究,无一例在术后出现严重并发症,平均随访时间为47.5个月,发现椎间融合率达93.5%,术后椎间高度明显恢复,但在随访中有出现椎间高度下降的患者。他们认为,瞄准器引导下的经皮单侧LTLFS联合椎间融合术是一种治疗下腰椎疾病简单微创的手术方式,并具有良好的精确度和安全性、较高的椎间融合率及良好的疗效,但须严格把握手术指征。曾忠友等[31]尝试用LPS联合LTLFS固定治疗腰椎骨折,并与后路短节段LPS进行对比,认为跨伤椎联合LTLFS可在不扩大手术创伤同时增强脊柱稳定性,提早下床,且植骨融合率高,矫正度保持良好。但跨伤椎联合LTLFS固定增加手术步骤,延长手术时间,且并非所有的腰椎骨折均需用此种方法,需要严格把握手术适应证。近期Liu等[32]对三种不同后路固定方式在双节段椎间融合治疗腰椎退行性变疾病进行随访研究,平均随访时间长达46个月。他们将固定方式分为UPS固定、BPS固定及UPSFS固定,研究结果显示,UPS组和UPSFS组在出血量、手术时间及住院费用上明显低于BPS组,且差异有统计学意义,而术后VAS、ODI、JOA评分较术前明显改善,且三组间差异无统计学意义,融合率和并发症三组间差异无统计学意义。但他们认为,双节段UPSFS固定失败率高于BPS组和UPS组,与LTLFS断裂增加有关,主要原因在于固定螺钉强度不够。总而言之,椎间孔腰椎间融合术联合UPS和UPSFS可获得与联合BPS固定类似的临床预后,且能缩短手术时间,减少出血量和费用,但UPS要慎用于双节段固定,且LTLFS需用强度更好的螺钉固定以减少螺钉断裂的出现。
并发症方面,LTLFS的相关并发症报道不多,主要是螺钉松动、移位或断裂、椎板骨折、融合失败、脊膜破裂、神经损伤、脑脊液漏等[26,33],以及一般手术均可能发生的尿路感染、浅深部感染、深静脉栓塞等并发症。LTLFS引起神经损伤和脑脊液漏并发症的发生率较LPS低,是LPS引起并发症发生率的1/4~1/2[34]。Liu等[32]的随访中有2例出现神经压迫症状,3例发生螺钉断裂。Shim等[9]报告1例因置钉过程中克氏针反复的钻孔而出现上关节突骨折,并引起L5神经根压迫出现放射痛。Cao等[28]报告1例UPSFS固定的患者出现不融合及假关节形成。曾忠友等[35]报告166例患者中出现9例位置不正确,其中1例损伤神经根。
综上所述,LTLFS固定技术具有良好的生物力学性能,可为腰椎术后提供良好的固定性,提高植骨融合率,且具有操作简单、安全,手术创伤小、精确等优点。与UPS固定联合在一定程度上增强了其力学性能,扩大了适用范围,在合适的情况下可作为BPS固定的替代方式。但LTLFS也存在自身的局限性,需术前充分评估,严格把握手术指征,术中精确置钉,以获得更好的临床疗效。