單枚Z-Cage單側(cè)椎弓根螺釘固定治療退行性腰椎疾病的影像及臨床觀察

張 凱，趙長清，馬振江，孫曉江，李 華，孫 偉，趙 杰

腰椎椎體間融合技術(shù)臨床廣泛應(yīng)用，取得了良好的臨床療效。TLIF技術(shù)由Harms 和Rolinger[1]在1982年報道，該技術(shù)能夠有效減少對椎管內(nèi)結(jié)構(gòu)的干擾，降低對神經(jīng)根和硬脊膜的刺激和損傷；保留對側(cè)椎板、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及后部張力帶結(jié)構(gòu),通過單側(cè)后外側(cè)入路即可實現(xiàn)脊柱的前柱固定。脊柱堅強內(nèi)固定系統(tǒng)置入會改變鄰近節(jié)段椎間盤和關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的載荷，可能引發(fā)鄰近節(jié)段的椎間盤突出、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變加速，融合節(jié)段的固定過分堅強，融合區(qū)域的應(yīng)力遮擋而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和植骨的吸收[2]。為降低脊柱內(nèi)固定強度，國內(nèi)外學者提出應(yīng)用單側(cè)椎弓根內(nèi)固定方法有助于解決此問題[3-6]。

Cage在PLIF/TLIF中占有重要的作用?；贐agby提出的“撐開-壓縮”原理，脊柱界面固定應(yīng)用于臨床，Cage椎間融合器置入椎間隙恢復(fù)脊柱前柱、中柱的應(yīng)力，提供足夠的機械強度和即刻穩(wěn)定性，避免植骨塊塌陷、移位、脫出，為植骨的融合創(chuàng)造良好的力學環(huán)境[7]。Cage的發(fā)展體現(xiàn)在材料進步和形狀設(shè)計的改良上。聚醚醚酮材料由于彈性模量低，能透X線方便評價植骨融合情況，目前在臨床廣為應(yīng)用。融合器形狀由帶螺紋的中空圓柱體狀發(fā)展為立方形、長方形、腎形、子彈頭型[8]。子彈頭形Cage(Capstone)不適用于L4/L5或L5/S1椎間隙過高或角度過大的解剖形態(tài)不匹配的病例[9-10]。

理想的融合器應(yīng)該有足夠的機械強度，相對大的與椎體間接觸面積，維持有效的椎間盤高度，便于準確判斷椎體間融合情況，減少脊柱軟組織破壞，方便置入。為此本院設(shè)計了適合單側(cè)固定單枚Cage置入的“Z”形融合器并應(yīng)用于臨床。本文目的是評估單枚Z-Cage單側(cè)椎弓根螺釘固定治療退行性腰椎病變的影像結(jié)果和臨床療效。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2009年1月～2010年4月單枚Z-Cage單側(cè)椎弓根螺釘固定治療腰椎退變性疾病患者61例，獲得隨訪資料的患者46例(75.4%)，男26例,女20例，年齡平均53.1歲(22～72歲)，癥狀持續(xù)時間6～240個月，平均56個月。腰椎椎管狹窄癥(需要切除>50%關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)充分減壓)21例,腰椎椎間盤突出伴腰椎不穩(wěn)13例，腰椎椎間盤突出癥術(shù)后原位復(fù)發(fā)7例,巨大型腰椎椎間盤突出5例。單節(jié)段39例,其中L3/L43例,L4/L520例,L5/S116例;雙節(jié)段7例,其中L3/L4/L51例,L4/L5/S16例；總共53節(jié)段。所有病例必須同時符合臨床及X線診斷標準并在正規(guī)非手術(shù)治療3個月無效后再行手術(shù)治療。

納入標準：①較嚴重腰背痛、難以緩解的根性癥狀(下肢麻木感和放射性疼痛或癥狀以一側(cè)為主)，接受過3～6個月非手術(shù)治療癥狀無明顯緩解。②近3個月內(nèi)腰椎MRI顯示單節(jié)段或雙節(jié)段中重度的椎間盤退變。③腰椎椎間盤突出癥行單純椎間盤髓核摘除術(shù)術(shù)后復(fù)發(fā)。④椎間盤造影誘發(fā)腰背痛。⑤腰椎側(cè)位X線片顯示病變節(jié)段過屈過伸側(cè)位X線片相鄰椎體水平移位>3 mm，或角度變化≥10°或嚴重腰痛(腰痛重于腿痛)伴腰椎終板及終板下骨質(zhì)MRI信號改變I型 (Modic Ⅰ型)。CT和MRI檢查證實病變節(jié)段椎間盤突出，且與臨床癥狀、體征相符合。排除標準：腰椎滑脫；退變性側(cè)凸；感染、腫瘤、孕婦、免疫性疾病、肝功異常、代謝性骨病等。

1.2 手術(shù)方法

Z-Cage(威高，聚醚醚酮材料，見圖1),聚醚醚酮材料最接近人骨的彈性模量，透X線可觀察植骨融合情況。Z型設(shè)計，易于打入，方便斜行置入，與終板解剖相匹配，表面齒狀突起防止脫出。

手術(shù)方法：均由同一手術(shù)者完成。①麻醉、體位。全麻成功后，俯臥位，保持腰椎正常前凸，腹部懸空。②入路。后正中或Wiltse入路,單側(cè)(癥狀側(cè)或癥狀較重側(cè))顯露至橫突末端。③減壓。④置入椎弓根釘棒。在擬融合間隙的上下椎弓根置入螺釘及連接棒。椎弓根螺釘及連接棒將在椎間盤切除、椎間逐級撐開以及置入Z-Cage的步驟中預(yù)鎖緊而維持撐開。⑤逐級撐開椎間隙。從減壓側(cè)將最小號的融合器試模(7#)開始，逐級使用更大型號的試模(8#/9#/10#/11#……)，直至椎間隙撐開到合適高度。椎間隙合適撐開高度的判斷依據(jù)撐開器拔出時的阻力及相鄰正常椎間隙的高度。⑥髓核和軟骨終板切除。椎間隙撐開同時行髓核和軟骨終板切除。⑦準備Z-Cage。根據(jù)椎間撐開過程中最后使用的融合器試模選擇Z-Cage的型號。將Z-Cage放置于壓實器盒內(nèi)，把減壓過程中切除的椎板骨粒填入Z-Cage植骨腔內(nèi)，并用壓實器壓緊骨粒。⑧預(yù)植骨。將局部自體骨粒植入Z-Cage進入側(cè)的椎間隙前方。⑨Z-Cage置入。用神經(jīng)剝離子和金屬吸引器頭從Z-Cage上下兩面遮擋植骨腔，防止骨粒漏出，置入方向略斜向?qū)?cè)傾斜(約30°)，置入深度以Z-Cage后緣略低于椎體后緣為準(約2 mm)，然后敲擊微調(diào)器使Z-Cage尾端向術(shù)側(cè)傾斜，與矢狀面成45°～60°角。X光透視觀察Z-Cage位置，避免Z-cage過于靠前或偏向一側(cè)。⑩椎弓根釘棒的最終鎖緊。松開椎弓根螺釘?shù)穆菝保中g(shù)節(jié)段在椎旁韌帶張力作用下會自行略微回縮，然后完成釘棒系統(tǒng)的最終鎖緊，透視確認所有置入物的位置正確。

圖1 Z-cage
Fig.1 Z-cage

1.3 術(shù)后處理

常規(guī)使用抗生素24 h，術(shù)后第2天視引流量酌情拔除引流管，術(shù)后3～5 d酌情使用激素和神經(jīng)營養(yǎng)藥，以減輕術(shù)后神經(jīng)水腫和促進神經(jīng)功能恢復(fù)，術(shù)后臥床3 d后腰圍保護下床活動，3個月內(nèi)限制過度活動和劇烈運動。

1.4 觀察指標及療效評定方法

觀察指標包括影像學及臨床結(jié)果評估。

影像學評估：評估椎間高度及Cage沉降情況、植骨融合情況。術(shù)前行正側(cè)位X線片，動力側(cè)位X線片，CT，MRI檢查。術(shù)后即刻(4周內(nèi))、3個月、6個月拍攝正側(cè)位X線片，術(shù)后12個月及末次復(fù)查時拍攝正側(cè)位X線片，動力位X線片并行CT檢查。判定融合標準為融合區(qū)有連續(xù)的骨橋形成，過伸過屈位X線片椎體間角度活動域<5°，雙節(jié)段者只有都達到融合標準方判定融合。融合器松動、移位、融合器表面出現(xiàn)>2 mm的透亮帶或過伸過屈位X線片椎體間角度活動域>5°均判為融合失敗。CT 以Bridwell標準[11]評價腰椎融合情況。

臨床療效評估：觀察手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)后臥床時間、手術(shù)并發(fā)癥的情況。術(shù)前、術(shù)后即刻、3、6、12、24個月對患者采用腰腿痛疼視覺模擬量表(visual analog scale,VAS)評分[12]， Oswestry功能障礙指數(shù)(Oswestry disability index,ODI)[13]，36項簡明健康量表(36-item short-form health survey,SF-36)[14]評價臨床療效。

1.5 統(tǒng)計學分析

使用SPSS12．0統(tǒng)計學軟件包對結(jié)果進行t檢驗，P<0.05視差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

本組病例全部獲得隨訪，隨訪時間24～39個月,平均29.6個月。 手術(shù)時間100～180 min,平均124.8 min;術(shù)中出血量為150～560 mL,平均285 mL,術(shù)中采用自體血回輸；住院時間平均7.5 d(4～15 d)。

2.1 影像學結(jié)果

2.1.1融合情況

共43例獲得融合，3例為可疑融合，融合率93.4%。 椎間融合面積比率(49.8±14.2)% 。末次隨訪時根據(jù)Bridwell椎間融合評價標準，Ⅰ級和Ⅱ級為42例(91.3%)，無螺釘斷裂及松動發(fā)生。本組病例中無Cage松動移位病例發(fā)生。

2.1.2 融合節(jié)段椎間隙高度變化

融合節(jié)段椎間高度術(shù)前7.6 mm，術(shù)后即刻為12.4 mm，末次隨訪時為11.9 mm(其中前方椎間高度12.3 mm，后方椎間高度11.5 mm)。Z-Cage沉降情況：術(shù)后3個月平均沉降1.32 mm，至末次隨訪時平均沉降1.66 mm，沉降>3 mm者 5例。

典型病例影像學資料見圖2。

2.2 臨床結(jié)果

結(jié)果顯示(見表1)：術(shù)前腰痛VAS評分為7.3±1.6，末次隨訪時為2.4±1.2，術(shù)前下肢痛VAS評分為6.2±0.7，末次隨訪時為1.4±0.7，與術(shù)前比較差異有顯著改善(P<0.01)；ODI術(shù)前為(73.6±12.0)%，末次隨訪時為(15.0±6.4)%，與術(shù)前比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0．01)。SF-36簡明健康狀況調(diào)查問卷生理功能評分及精神健康評分。88.2%患者恢復(fù)術(shù)前工作，91%患者對治療結(jié)果滿意。

2.3 并發(fā)癥

術(shù)中1例出現(xiàn)硬膜囊撕裂(腰椎椎間盤突出癥復(fù)發(fā)再次手術(shù)病例)；術(shù)后2例發(fā)生切口淺表組織感染，1例傷口脂肪液化，經(jīng)換藥痊愈；本組有1例術(shù)后出現(xiàn)手術(shù)側(cè)足下垂，術(shù)后4周完全恢復(fù)，術(shù)后無嚴重神經(jīng)并發(fā)癥；1例術(shù)后3 d發(fā)生冠脈綜合征，無死亡及深部感染病例。

3 討 論

國外學者為解決脊柱融合節(jié)段的固定過分堅固可能引發(fā)鄰近節(jié)段的退變加速，融合區(qū)域的應(yīng)力遮擋等問題，提出了脊柱融合節(jié)段單側(cè)固定的方法，并在生物力學和臨床應(yīng)用上證明了其可行性。1991年Goel等[3]通過人體新鮮脊柱標本研究認為與雙側(cè)固定相比，單側(cè)固定為非堅強固定，可能減少應(yīng)力遮擋。1992年Kabins等[4]首先報告單側(cè)內(nèi)固定的臨床應(yīng)用，并證明單側(cè)和雙側(cè)內(nèi)固定單節(jié)段融合率相同。優(yōu)勢在于減少手術(shù)創(chuàng)傷、時間及費用，固定節(jié)段剛度降低，可能減少鄰近節(jié)段退變的發(fā)生。Suk 等[15]和Chen 等[16]通過生物力學研究發(fā)現(xiàn)，單側(cè)固定與單枚Cage組合能夠提供可靠的穩(wěn)定性。僅存在單側(cè)神經(jīng)根癥狀的雙節(jié)段腰椎不穩(wěn)，僅需單側(cè)PLIF即能達到減壓融合的治療目的。近年來，腰椎融合技術(shù)的進步體現(xiàn)在保證有效減壓及提高植骨融合率的基礎(chǔ)上，關(guān)注于減輕軟組織創(chuàng)傷及神經(jīng)的牽拉。有研究指出術(shù)中保護骶棘肌、腰背肌的完整性及其神經(jīng)支配是防止術(shù)后發(fā)生腰背衰弱綜合征和脊柱不穩(wěn)的重要預(yù)防措施[17-18]。單側(cè)椎弓根螺釘固定術(shù)僅剝離一側(cè)骶棘肌、椎旁肌，可以避免對無癥狀側(cè)軟組織的剝離和對關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的破壞，減少軟組織損傷，減少潛在的腰椎失穩(wěn)。

a,b: 術(shù)前正側(cè)位X線片 c,d: 術(shù)后3個月正側(cè)位X線片 e,f: 術(shù)后6個月正側(cè)位X線片 g,h: 術(shù)后6個月動力位X線片 i: 術(shù)后12個月CT矢狀位示植骨融合 j: 術(shù)后12個月CT橫斷面示Cage位置
a,b: Preoperative anteroposterior and lateral X-ray films c,d: Postoperative 3-month anteroposterior and lateral X-ray films e,f: Postoperative 6-month anteroposterior and lateral X-ray films g,h: Postoperative 6-month flexion-extension X-ray films i: Postoperative 12-month sagittal CT shows interbody fusion j: Postoperative 12-month cross CT show position of Cage
圖2 典型病例影像學資料
Fig.2 Radiologic data of a typical patient

表1 術(shù)前術(shù)后VAS、ODI及 SF-36評分Tab.1 Pre- and postoperative results of VAS,ODI and SF-36 scores

因此本組手術(shù)采用單側(cè)顯露病變節(jié)段，保留棘突、對側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及后部張力帶結(jié)構(gòu),通過單側(cè)后外側(cè)入路即可實現(xiàn)脊柱的前柱固定。

椎體間植骨融合符合脊柱生物力學機制，保證有效的植骨面積和融合率，恢復(fù)和維持正常的椎間高度、增加椎間孔直徑及重建腰椎前凸[19]。所以后路常規(guī)需置入雙枚Cage，為達到充分的減壓及增大置入Cage的有效空間，需要廣泛切除脊柱后部結(jié)構(gòu)，包括雙側(cè)小關(guān)節(jié)突、椎板及棘突等，但是這樣也降低了融合器置入后的脊柱穩(wěn)定性，尤其是屈曲剛度及旋轉(zhuǎn)剛度。同時，在置入2個具有一定體積的Cage過程中，馬尾神經(jīng)等受到很大程度的牽拉，手術(shù)潛在的危險性較大[20-21]。部分患者由于椎間隙大小的限制、神經(jīng)根的解剖變異、術(shù)后瘢痕等限制了神經(jīng)根的牽拉，置入雙枚Cage比較困難，甚至無法置入。長期隨訪顯示應(yīng)用單枚Cage能夠達到相似的臨床效果[22]。斜向置入單融合器的椎體間融合術(shù)只需切除單側(cè)小關(guān)節(jié)突和一半椎板的側(cè)后方,可以保留較多脊柱后部結(jié)構(gòu),從而增加了融合后的屈曲和旋轉(zhuǎn)剛度[23]。本組前期的有限元模型分析結(jié)果顯示單側(cè)椎弓根螺釘固定不能很好地控制側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)載荷，附加單枚融合器置入可以重建融合節(jié)段的穩(wěn)定性,明顯減少螺釘?shù)膽?yīng)力[24]。因而，有必要設(shè)計一種適合單側(cè)固定單枚置入的融合器，考慮到置入時的方便、減少對神經(jīng)結(jié)構(gòu)的騷擾以及置入后的方向調(diào)整，本組采取了“Z”形設(shè)計。

有效的椎間融合是手術(shù)成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要保證置入Cage的位置良好及充分的植骨，這對于單枚Cage的置入顯得尤為重要。生物力學實驗研究發(fā)現(xiàn)椎間結(jié)構(gòu)支撐物的面積要達到臨近終板面積的30%～40%，腰椎植骨床面積可能要達到60%～80%，才能有效傳遞載荷(實驗的椎間支撐物為聚甲基丙烯酸甲酯材料，其彈性模量比正常骨質(zhì)要大[25-26]。增大Cage的寬度能夠降低沉降率，但是更寬的Cage增加了置入的難度及潛在的神經(jīng)損傷的危險性。長度選擇取決于椎體的直徑，使其能夠覆蓋終板外圍，解剖學及生物力學研究顯示終板中心部分薄弱，后外側(cè)及外圍最為堅強，與終板外圍更多接觸，能夠更有效地傳遞載荷[27-28]。Cage的高度與撐開力相關(guān)，10～12 mm的高度能夠在沒有過度撐開的情況下達到間接減壓恢復(fù)退變間隙的高度，過度的撐開可能導(dǎo)致沉降的增加。而椎間高度撐開不夠、選擇Cage型號過小是導(dǎo)致置入融合器失敗的重要原因[29]。直接增加椎間隙高度，能使小關(guān)節(jié)復(fù)位，并增加神經(jīng)根管容積，達到間接神經(jīng)減壓的目的[30]。因此本組選擇后外側(cè)斜行置入，Cage的規(guī)格高度為12 mm或14 mm，長度32 mm或36 mm。

融合器的主要作用是將椎間隙撐開并提供一個有利于成骨的穩(wěn)定融合界面。當Cage內(nèi)的植骨面積小于臨近終板面積50%時對傳遞生理載荷是不足的，建議增加椎間隙植骨量[26]。增加植骨床接觸面積減少了固定界面單位面積所承受的載荷，降低Cage陷入椎體的可能，同時為椎體和Cage之間提供了更大的接觸面積以利于骨的長入提高融合率。骨性終板中央?yún)^(qū)有較豐富的微血管通道，具有較好的通透性，能給植骨區(qū)提供較充足的血液循環(huán)，為中空的Cage置入的骨粒提供了條件[31]。Cage下沉的一個重要因素為骨密度情況，Lim等[32]發(fā)現(xiàn)在保留終板完整的情況下，與融合界面的抗壓強度密切相關(guān)的是骨密度，骨密度降低Cage下沉的危險增加，而在退行性腰椎管狹窄的患者中很多合并有骨密度降低的情況，為減少下沉發(fā)生率增加植骨量就更為重要。因此本組在側(cè)前方可以放入更多的骨粒。加長的單枚Cage斜行置入可以提供足夠的融合后生物力學強度；Cage長度的增加，增大了與上下椎體接觸處植骨床的面積，另外在置入Cage前，在其側(cè)前方可以安全地放入更多的植骨塊而不必擔心植骨塊的移位，也防止了后期長入椎管的危險。

椎間融合器中植骨已從最初的自體松質(zhì)骨、異體骨、骨替代材料等，緩釋材料復(fù)合重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(recombinant human bone morphogenetic protein-2,rhBMP-2)置入椎間融合器中促進椎體間融合。取骨手術(shù)并發(fā)癥和骨量不足，是自體骨移植應(yīng)用受限的主要原因，髂骨取骨嚴重并發(fā)癥如出血、術(shù)后疼痛、疝形成、嚴重感染、瘢痕化、血腫形成、血管神經(jīng)損傷等的發(fā)生率高達25%[33]。據(jù)國外資料顯示，臨床應(yīng)用rhBMP-2引起的常見并發(fā)癥有椎體骨溶解吸收(44%)、異位骨形成(25%)、軟組織水腫(5.8%)等，其安全性越來越引起脊柱外科醫(yī)師關(guān)注[34]。因此本組植骨來源為椎管減壓切除的骨質(zhì)(椎板、關(guān)節(jié)突等)，去除軟骨及纖維組織咬成骨粒，只有植骨量不足時方才考慮異體骨、骨替代材料等。

經(jīng)側(cè)后方行椎間單枚Z-Cage斜向置入，結(jié)合TLIF技術(shù)在保留大部分椎體后部張力帶結(jié)構(gòu)的前提下完成椎管減壓，術(shù)中避免了過度牽拉硬脊膜和神經(jīng)根，降低了損傷神經(jīng)的風險。與傳統(tǒng)的雙側(cè)椎弓根螺釘固定手術(shù)相比時間短、創(chuàng)傷小、出血少，住院費用低。單枚Z-Cage能有效地維持椎間隙的高度和節(jié)段的穩(wěn)定，手術(shù)時需注意置入椎弓根螺釘?shù)奈恢昧己眉斑x擇的融合器規(guī)格合適。

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