脊柱皮質(zhì)骨釘?shù)缆葆數(shù)幕A(chǔ)研究進(jìn)展

馬緒彪，蒲 丹，朱 鈞，秧茂盛

椎弓根釘棒系統(tǒng)是目前治療脊柱疾病最常用、最可靠的固定方式[1]。隨著我國(guó)人口老齡化加劇，老年退變性脊柱疾病發(fā)生率逐年上升，伴發(fā)骨質(zhì)疏松的患者人數(shù)也日益增多[2]。此類患者骨質(zhì)量的大量丟失主要發(fā)生于松質(zhì)骨，導(dǎo)致以松質(zhì)骨把持面積為主的椎弓根螺釘（pedicle screw,PS）的抗拔出力和穩(wěn)定性大幅度降低，因此PS固定系統(tǒng)喪失了其在維持脊柱正常序列、重建序列穩(wěn)定及促進(jìn)融合等生物力學(xué)穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)，螺釘不穩(wěn)、松動(dòng)、斷裂及椎弓根骨折等的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)加大[3-4]。2009年Santoni等[5]提出皮質(zhì)骨釘?shù)溃╟ortical bone trajectory，CBT）螺釘內(nèi)固定，把持力強(qiáng)、創(chuàng)傷小、并發(fā)癥少，較好地解決了骨質(zhì)疏松患者PS把持力不夠等難題。本文就胸椎、腰椎、骶椎CBT螺釘?shù)纳锪W(xué)、置釘技術(shù)、螺釘參數(shù)等基礎(chǔ)研究進(jìn)行文獻(xiàn)綜述。

1 CBT螺釘?shù)奶攸c(diǎn)

作為一種新的置釘技術(shù)，CBT螺釘?shù)奶卣髟谟谥冕斅窂脚cPS不同，其進(jìn)針點(diǎn)較靠?jī)?nèi)并以頭傾及外翻的角度置釘，較少剝離后外側(cè)肌肉，與PS相比直徑更小，長(zhǎng)度更短，螺紋排列更緊密，與皮質(zhì)骨集中區(qū)域充分接觸，接觸面積包括背側(cè)皮質(zhì)、椎弓根后內(nèi)側(cè)壁、前外側(cè)椎弓根壁和椎體壁弧面，骨-螺釘界面的把持力增加約30%[6]。

同樣，CBT螺釘進(jìn)釘點(diǎn)、進(jìn)釘方向及螺釘參數(shù)與PS亦有明顯差異。后者是以關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)縱向中線與橫突中線的交點(diǎn)為進(jìn)釘點(diǎn)，進(jìn)釘方向垂直于椎體冠狀面，與椎體矢狀面成5°～15°內(nèi)聚角；而CBT螺釘進(jìn)釘點(diǎn)為上關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)中垂線與同側(cè)橫突下1 mm水平線交點(diǎn)，螺釘通過椎弓根在矢狀面由下向上，釘尾向外發(fā)散，減少了神經(jīng)血管損傷的潛在風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到微創(chuàng)效果[5-6]。

2 胸椎CBT螺釘

目前有關(guān)胸椎CBT螺釘?shù)难芯看蠖嗍怯跋駥W(xué)及應(yīng)用解剖學(xué)分析，很少涉及生物力學(xué)和臨床應(yīng)用方面。

2.1 胸椎CBT螺釘解剖-影像學(xué)研究

Mastsukawa等[7]分析下胸椎CBT螺釘?shù)慕馄?影像學(xué)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)T9～T12椎體CBT螺釘?shù)闹冕攨?shù)隨椎體節(jié)段的改變而逐漸增大，其最大直徑、最大長(zhǎng)度和頭傾角分別由（5.8±1.1）mm、（29.7±4.6）mm、（21.4 ± 3.3）°增加至（8.5 ± 1.4）mm、（32.0± 2.1）mm、（27.6± 3.9）°；生物力學(xué)分析亦顯示，CBT螺釘?shù)淖畲笮肱ち嘏cPS比較增加了約53.8%。有學(xué)者通過觀察100例二維CT影像重建數(shù)據(jù)及10例尸體標(biāo)本，分析CBT螺釘在亞洲人群下位胸椎（T9～T12）應(yīng)用的可行性，結(jié)果同樣顯示螺釘?shù)淖畲笾睆?、長(zhǎng)度、外展角和頭傾角從T9開始逐漸增加，分別由（4.92±0.64）mm、（29.64±0.94）mm、（7.37 ± 1.39）°、（19.03 ± 2.68）°增加至T12的（7.47 ± 1.08）mm、（32.84 ± 1.82）mm、（10.47 ± 2.90）°、（27.5 ± 3.63）°；研究還發(fā)現(xiàn)置釘外展角、頭傾角無明顯性別差異，而螺釘最大直徑（T9～T12）、長(zhǎng)度（T9、T11、T12）與性別相關(guān)；且 T9和T10椎弓根皮質(zhì)骨斷裂率高于其他各椎體，尤其在女性患者中常見，因此作者指出成人T9、T10椎弓根或椎-肋復(fù)合體CBT螺釘直徑為4.5 mm時(shí)，可減少皮質(zhì)骨破裂發(fā)生率[8]。此外，該研究者還通過影像學(xué)測(cè)量對(duì)5～16歲青少年人群進(jìn)行CBT螺釘技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)研究，著重分析不同年齡組CBT的相關(guān)數(shù)據(jù)以及置釘角度、位置等問題，結(jié)果顯示，T9～T12椎體CBT螺釘直徑、長(zhǎng)度、頭傾角逐漸增大，置釘?shù)南嚓P(guān)參數(shù)隨年齡增長(zhǎng)而增加，且螺釘直徑、長(zhǎng)度有性別差異，作者認(rèn)為青少年椎弓根或椎肋復(fù)合體CBT螺釘?shù)睦硐胫睆綖?.5～5.5 mm[9]。

而在上中位胸椎，Sheng等[10]通過CT影像學(xué)及尸體標(biāo)本分析T3～T8CBT螺釘?shù)闹睆?、長(zhǎng)度、外展角及頭傾角等相關(guān)解剖-影像學(xué)數(shù)據(jù)，認(rèn)為上中位胸椎CBT螺釘置釘有良好的穩(wěn)定性和安全性，特別是在骨質(zhì)疏松患者和胸椎后凸矯正術(shù)中，作者推薦使用CBT螺釘?shù)闹睆綖? mm、長(zhǎng)度為25～35 mm，頭傾角為15°～20°。

2.2 胸椎CBT螺釘進(jìn)釘點(diǎn)及方向

胸椎CBT螺釘?shù)倪M(jìn)釘點(diǎn)在每個(gè)節(jié)段并不是固定的。Xuan等[8]認(rèn)為下位胸椎（T9～T12）均以冠狀面為平面，以矢狀面軸線和橫截面軸線分別為Y軸和X軸，平分椎弓根投影所在的冠狀面象限（45°）連線與椎弓根冠狀面投影中心交點(diǎn)為進(jìn)釘點(diǎn)；Sheng 等[10]報(bào)道T3～T4及 T7～T8椎體節(jié)段在上關(guān)節(jié)突和橫突中線交點(diǎn)進(jìn)釘，T5～T6椎體在上關(guān)節(jié)突和橫突上1/3水平線交點(diǎn)進(jìn)釘；Mastsukawa等[7]則將胸椎CBT螺釘進(jìn)釘點(diǎn)選擇在上關(guān)節(jié)突外側(cè)2/3與橫突下緣所在平面直線的交點(diǎn)處，頭部角度為沿軸向平面的直線前進(jìn)瞄準(zhǔn)上終板后1/3，但不同椎體進(jìn)釘點(diǎn)存在差異，T9、T10進(jìn)釘點(diǎn)不變，T11、T12則分別下移1～2 mm。

胸椎CBT螺釘進(jìn)釘方向則均以腰椎CBT螺釘?shù)倪M(jìn)釘方向?yàn)閰⒖?，不同研究及同一研究中存在微調(diào)[7-10]。Xuan等[9]對(duì)80例青少年胸椎CBT螺釘置入進(jìn)行二維CT多平面重建研究，結(jié)果表明，進(jìn)釘方位由椎弓根6點(diǎn)鐘方向指向12點(diǎn)鐘方向，與以往腰椎CBT螺釘置釘方向存在差異；Mastsukawa等[6-7]的研究亦得出類似結(jié)論。而CBT的外展角、頭傾角也不是一成不變的[9-10]?？傊?，胸椎是活動(dòng)度較大的頸椎和承重較大的腰椎之間的過渡部分，椎弓根解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜且相對(duì)狹小，椎弓根與椎體形成特有的傾斜狀態(tài)，因此，不同椎體進(jìn)釘點(diǎn)、進(jìn)釘方向及置釘參數(shù)變化較大，仍需進(jìn)行大量影像學(xué)及尸體研究。

3 腰椎CBT螺釘

3.1 生物力學(xué)穩(wěn)定性

螺釘?shù)目拱纬隽椭萌肱ぞ乜稍谝欢ǔ潭壬戏从陈葆數(shù)墓潭◤?qiáng)度。Santoni等[5]在5具新鮮尸體腰椎標(biāo)本上比較PS和CBT螺釘?shù)纳锪W(xué)穩(wěn)定性，結(jié)果顯示后者的軸向拔出力較PS高30%。Matsukawa等[11]對(duì)48例患者進(jìn)行PS和CBT螺釘置入扭矩測(cè)定，結(jié)果顯示腰椎CBT螺釘?shù)闹萌肱ぞ乇萈S高約1.7倍。Baluch等[12]對(duì)離體脊椎（T11～L5）進(jìn)行PS和CBT螺釘抗拔出力測(cè)試，結(jié)果顯示CBT螺釘位移2 mm所需的撥動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)和軸向拔出力均明顯高于PS。Sansur等[13]對(duì)8例新鮮冰凍骨質(zhì)疏松脊柱骨盆標(biāo)本（骨密度T值≤—2.5）進(jìn)行抗疲勞測(cè)試，發(fā)現(xiàn)CBT螺釘固定下腰椎的平均負(fù)荷顯著增加，提示該置釘方式可作為骨質(zhì)疏松患者PS固定的替代方案。但也有學(xué)者持不同意見，Akpolat等[14]在12個(gè)離體椎體上測(cè)試CBT螺釘和PS出現(xiàn)位移所需的循環(huán)載荷次數(shù)，PS出現(xiàn)位移需100圈以上，而CBT出現(xiàn)位移時(shí)均未達(dá)到100圈，結(jié)果證實(shí)PS固定更加穩(wěn)定。因此，仍需要大量的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證CBT螺釘?shù)墓潭◤?qiáng)度。

螺釘通道周圍CT值常被用于計(jì)算骨密度，同時(shí)亦可反映固定強(qiáng)度。Kojima等[15]對(duì)222例脊柱疾病患者進(jìn)行腰椎CT掃描分析，測(cè)量螺釘周圍CT值，結(jié)果顯示CBT螺釘周圍Hounsfield值是PS的4倍，證實(shí)CBT螺釘把持力更大。Mai等[16]對(duì)180例患者CT影像學(xué)Hounsfield值進(jìn)行研究，比較PS釘?shù)篮虲BT釘?shù)拦敲芏惹闆r，結(jié)果證實(shí)CBT螺釘技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，尤其是在骨質(zhì)疏松患者中。

不同狀態(tài)下的椎體活動(dòng)范圍（range of motion，ROM）亦可反映椎體的穩(wěn)定性。Perez-Orribo等[17]對(duì)比PS與CBT螺釘固定后不同狀態(tài)下尸體腰椎椎體ROM的差異，發(fā)現(xiàn)CBT螺釘固定與PS固定有相似的穩(wěn)定性。研究者們還將PS和CBT螺釘置入新鮮鹿腰椎標(biāo)本，進(jìn)行8個(gè)方向上的彎曲和左右旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證實(shí)，2種螺釘固定腰椎ROM值及其變化率并無顯著差異，因此認(rèn)為CBT螺釘固定與PS固定具有相似的穩(wěn)定性[18]；而新鮮冰凍尸體多節(jié)段輕度腰椎滑脫模型的ROM分析結(jié)果也提示，多節(jié)段解壓后CBT螺釘固定仍能提供與PS相同的穩(wěn)定性[19]。

三維有限元（three-dimensional finite element，TDFE）技術(shù)不僅能夠完整復(fù)制腰椎各個(gè)結(jié)構(gòu)并模擬其生物力學(xué)特性，有效模擬骨質(zhì)疏松患者的腰椎結(jié)構(gòu)，而且還能按照標(biāo)準(zhǔn)選擇進(jìn)釘點(diǎn)和置釘方向，具有良好的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性，為術(shù)前規(guī)劃、脊柱置釘操作、應(yīng)力學(xué)分析等提供參考依據(jù)[20-21]。Matsukawa等[6]對(duì)正常腰椎和17例成人峽部裂型腰椎滑脫患者進(jìn)行腰椎CT掃描，比較正常腰椎和滑脫腰椎PS和CBT螺釘置入后的軸向拔出力及模擬施加屈曲、拉伸、側(cè)彎和軸向旋轉(zhuǎn)力時(shí)的固定強(qiáng)度，結(jié)果顯示，正常椎體CBT螺釘較PS抗拔出力提高23.5%，屈曲、伸展、側(cè)向彎曲、軸向旋轉(zhuǎn)時(shí)固定強(qiáng)度均較PS明顯增加，但在滑脫椎體中CBT螺釘?shù)墓潭◤?qiáng)度不如PS，抗拔出力無明顯差異，因此作者認(rèn)為CBT螺釘治療峽部裂型腰椎滑脫不具優(yōu)勢(shì)。

3.2 釘?shù)纼?yōu)勢(shì)

為明確CBT螺釘和PS兩種螺釘之間固定強(qiáng)度的差異究竟是釘?shù)酪蛩?、還是螺釘類型因素，有學(xué)者進(jìn)行豬腰椎標(biāo)本生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種螺釘置入CBT后拔出力均增大；但同種釘?shù)乐萌雰煞N類型螺釘，CBT螺釘拔出力未見明顯增加，因此作者認(rèn)為CBT螺釘固定強(qiáng)度主要受釘?shù)酪蛩赜绊慬22]。Wray等[23]對(duì)新鮮冰凍人體腰椎（L1～L5）樣本進(jìn)行測(cè)量，分為PS置入傳統(tǒng)PS釘?shù)?、PS置入CBT、CBT螺釘置入CBT三組，記錄各組與釘?shù)老嚓P(guān)的骨質(zhì)量、拔出力和扭矩，發(fā)現(xiàn)無論是正常質(zhì)量骨還是低質(zhì)量骨，兩種不同類型螺釘置入CBT后其釘?shù)乐車琴|(zhì)量均明顯增加，證實(shí)與PS釘?shù)老啾龋珻BT有明顯優(yōu)勢(shì)。

3.3 置釘參數(shù)

Matsukawa等[24-26]研究發(fā)現(xiàn)CBT平均直徑在腰椎由L1至L5逐漸增大，由6.2 mm增至8.4 mm，而釘?shù)榔骄L(zhǎng)度分別為36.8、38.2、39.3、39.8 和38.3 mm；同時(shí)利用TDFE技術(shù)建立腰椎三維模型，分析不同直徑（4.5～6.5 mm）、長(zhǎng)度（25～40 mm）的CBT螺釘對(duì)腰椎固定強(qiáng)度的影響，結(jié)果提示，不同腰椎節(jié)段螺釘?shù)墓潭◤?qiáng)度有所不同，因此推薦CBT螺釘?shù)睦硐胫睆綉?yīng)＞5.5 mm、長(zhǎng)度＞35 mm，置釘深度為36～39 mm。關(guān)于置釘方向，研究推薦理想頭傾角應(yīng)為 25°～30°，外展角為8°～10°[27]。今后仍需進(jìn)行大量的尸體解剖學(xué)研究，以明確置釘參數(shù)對(duì)固定效果的影響，為避免發(fā)生置釘相關(guān)并發(fā)癥提供理論依據(jù)。

3.4 補(bǔ)救置釘

為尋找PS置釘失敗后的補(bǔ)救措施，有學(xué)者嘗試?yán)肅BT螺釘固定。Calvert等[28]對(duì)尸體標(biāo)本進(jìn)行生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示CBT技術(shù)可用于PS置釘失敗后的翻修手術(shù)，PS亦適用于CBT螺釘置釘失敗后的補(bǔ)救性置釘；運(yùn)用2種螺釘對(duì)相同置釘失敗節(jié)段進(jìn)行補(bǔ)救置釘，其強(qiáng)度和把持力比較，均無明顯差異，CBT螺釘可保持原PS拔出力的60%，PS可保持原CBT螺釘把持力的65%，也就是說，兩種螺釘可用于彼此置釘失敗后的補(bǔ)救置釘。

4 骶椎CBT螺釘

由于S1椎體的解剖結(jié)構(gòu)與腰椎差距甚大，椎體前方神經(jīng)血管叢分布密集，S1骨皮質(zhì)更厚等因素，目前臨床開展骶椎CBT螺釘阻力較大，相關(guān)基礎(chǔ)研究也相對(duì)較少。為了增加固定強(qiáng)度，需將螺釘頭部穿透椎體前方皮質(zhì)或骶骨岬，進(jìn)行雙皮質(zhì)固定，因此增加了損傷前方血管神經(jīng)的風(fēng)險(xiǎn)。Matsukawa等[29]提出穿透S1終板螺釘（penetrating S1 endplate screw，PES）的置釘技術(shù)，CBT螺釘在S1的置釘點(diǎn)位于S1上關(guān)節(jié)突中心和L5下關(guān)節(jié)突最下緣下方約3 mm的結(jié)合點(diǎn)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：置釘扭矩測(cè)定較單皮質(zhì)骨固定增加約141%，有更好的穩(wěn)定性；螺釘進(jìn)釘更為靠?jī)?nèi)，減少了對(duì)肌肉的剝離；螺釘進(jìn)入椎間隙也不致?lián)p傷血管，位置與腰椎皮質(zhì)骨螺釘更匹配，減少對(duì)S2置釘?shù)母蓴_；螺釘橫斷面平行置于S1上終板的1/2，也同時(shí)避免了對(duì)椎間融合器放置的影響。此外，該學(xué)者通過CT測(cè)量S1CBT螺釘?shù)南嚓P(guān)技術(shù)參數(shù)，頭傾角為（30.7± 5.1）°，長(zhǎng)度為（31.5± 3.5）mm[29]。這一技術(shù)仍存在神經(jīng)損傷的潛在風(fēng)險(xiǎn)，要求術(shù)者十分熟悉解剖結(jié)構(gòu)，置釘前要充分剝離肌肉。

5 小結(jié)

對(duì)于伴有骨質(zhì)疏松的脊柱外科患者，其松質(zhì)骨骨質(zhì)量的減少遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過皮質(zhì)骨，傳統(tǒng)PS固定穩(wěn)定性下降。作為一種新型脊柱固定方式，CBT螺釘固定允許螺釘與皮質(zhì)骨的接觸面積最大化，增加了螺釘?shù)姆€(wěn)定性和抗拔出力。與PS相比，CBT進(jìn)釘點(diǎn)更偏向內(nèi)下，尾端向外發(fā)散，減少了置釘相關(guān)神經(jīng)損傷、出血等并發(fā)癥，手術(shù)切口小，椎旁肌肉剝離少，符合現(xiàn)代微創(chuàng)及快速康復(fù)的理念。胸椎椎體數(shù)目多，椎弓根相關(guān)參數(shù)存在可變性，盡管目前已開展的解剖-影像研究分析了相關(guān)的參數(shù)及置釘方向等，但目前存在樣本量不足、無廣泛臨床應(yīng)用等問題，年齡、性別等差異可能是影響推廣胸椎CBT螺釘臨床應(yīng)用的關(guān)鍵。由于骶椎三維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，骶椎CBT置釘研究尚少，缺乏生物力學(xué)理論支持。腰椎CBT由于出現(xiàn)時(shí)間較短，技術(shù)有其自身特點(diǎn)，開展初期有一定的學(xué)習(xí)曲線；其置釘過程與PS也明顯不同，實(shí)際應(yīng)用存在較大風(fēng)險(xiǎn)，手術(shù)效果差異也較大[30-33]，無論是置釘角度、方向，螺釘長(zhǎng)度、直徑，還是減壓范圍，都沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，仍需大量生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有關(guān)置釘技術(shù)及螺釘參數(shù)等的基礎(chǔ)研究，不斷改良優(yōu)化置釘技術(shù)，進(jìn)一步明確臨床適用范圍，為CBT螺釘?shù)膶?shí)際應(yīng)用提供理論支持。