采用微創(chuàng)腰椎椎間融合聯(lián)合椎弓根釘棒固定治療腰椎滑脫癥的臨床療效

牛海明 王慶春 徐新宇

腰椎滑脫癥(lumbar spondylolisthesis,LS)作為一種常見的腰椎疾病，其發(fā)生原因復(fù)雜，如創(chuàng)傷、先天性發(fā)育不良、病理性骨折等原因都有可能引起；癥狀以腰骶部疼痛、坐骨神經(jīng)受累、間歇性跛行等較明顯。據(jù)統(tǒng)計，腰椎滑脫癥發(fā)病常見滑脫部位為L4～L5及L5～S1。峽部崩裂、退行性病變各15.0%和35.0%[1]；歐洲發(fā)病率約在4.0～6.0%之間，中國發(fā)病率約在4.7%～5.0%[2]。保守治療和手術(shù)治療是腰椎滑脫癥治療的臨床常見方法[3]。腰椎側(cè)方入路融合術(shù)(oblique lateral interbody fusion，OLIF)廣泛應(yīng)用于腰椎滑脫、腰椎間盤突出癥等臨床治療。從腰椎滑脫癥患者的多裂肌和最長肌間隔處入路，無需剖離椎旁肌，還可實現(xiàn)一個或多個節(jié)段融合，對患者整體損傷較小[4]。OLIF聯(lián)合Wiltse入路對腰椎滑脫癥患者進行治療可收到較好效果，但二者聯(lián)合干預(yù)的固定穩(wěn)定性是否可靠，對融合器下沉及椎間融合影響如何，尚待更多佐證依據(jù)。本研究通過有限元分析(finite element analysis，F(xiàn)EA)構(gòu)建OLIF輔助Wiltse入路模型，探討腰椎側(cè)方入路融合術(shù)聯(lián)合椎弓根釘棒固定置入治療LS的臨床療效。

資料與方法

一、資料

2017年1月至2020年7月江蘇省連云港市灌云縣人民醫(yī)院骨科收治的27例腰椎滑脫癥患者；男22例，女5例；年齡45～75(56.8±10.6)歲；病程24～60(34.6±3.6)個月；在正常L3～S1節(jié)段CT掃描的基礎(chǔ)上采用OLIF聯(lián)合Wiltse入路的方法,設(shè)為觀察組。同期常規(guī)對照組納入行單純小切口 Wiltse入路椎弓根螺釘固定術(shù)27例腰椎滑脫癥患者；男21例，女6例；年齡45～75(56.7±10.6)歲；病程24～60(34.6±3.6)個月。兩組上述常規(guī)資料相比差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。所有受試者的納入與排除標準均按《腰椎滑脫癥》、《腰椎滑脫癥(修訂)中醫(yī)整脊診療指南》和《腰椎滑脫癥診治指南》等文獻篩選與制定[5-7]，經(jīng)本院醫(yī)學倫理深刻批準。課題符合《赫爾辛基宣言》自愿、保密、有益、公平原則等醫(yī)學研究準則[8]，各項護理活動質(zhì)量控制均由護理行政委員會(nursing administration committee，NAC)-專家實踐委員會(expert practice committee，EPC)-臨床實踐委員會(clinical practice committee，CPC)組織管理與控制。

二、方法

1.腰骶椎FEA的構(gòu)建：所有受試者影像學資料均用寶石能譜CT(美國GE公司生產(chǎn)，型號：GE Discovery CT 750HD)進行層厚0.625 mm連續(xù)掃描(對照：1名健康志愿者，既往無腰椎創(chuàng)傷及腰椎病變及其他疾病史)，并將所有原始數(shù)據(jù)進行DICOM格式處理與保存。先將存為DICOM格式的志愿者(1名)的CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics20.0軟件(醫(yī)學有限元建模)后截取脊柱節(jié)段(L3～S1椎體)和閾值范圍然后剔除脊柱三維初步圖像中存在的缺如部分和消除多余部分(用Mimics軟件中的Edit Masks執(zhí)行)。使用3D計算功能鍵建立三維模型和對三維模型(利用Wrap和Smooth功能鍵)進行光滑處理。最終得圖1A所示的脊柱節(jié)段初步模型和圖1B所示的精細處理后的脊柱節(jié)段模型。結(jié)合圖1B來看，精細處理后松質(zhì)骨在皮質(zhì)骨(厚度為1.0 mm的殼狀物)的包繞下貼合緊密。

圖1 脊柱節(jié)段的三維建模與精細處理 A脊柱三維初步處理 B脊柱三維精細處理 圖2 內(nèi)固定及椎間融合器實體模型 A Capstone椎間融合器集合模型 B Clydesdale椎間融合器集合模型 C UPASS2椎弓根釘棒系統(tǒng)

2.內(nèi)固定及椎間融合器模型構(gòu)建：獲取釘棒(椎弓根釘棒系統(tǒng)，山東威高公司生產(chǎn)，型號：UPASS2)、椎間融合器(美敦力公司生產(chǎn)，型號：Clydessale、Capstone系列)的形狀參數(shù)后，使用Freeform建模軟件構(gòu)建二者的三維實體模型。模型構(gòu)建成功并確保達標后將腰椎滑脫癥患者的相關(guān)手術(shù)置入器材文件導(dǎo)入Geomagic軟件進行逆向工程處理，直至獲得如圖2所示的內(nèi)固定及椎間融合器實體模型。

3.實驗?zāi)Ｐ蜆?gòu)建：在上述基礎(chǔ)上，再次使用Freeform建模軟件將精細處理后的脊柱節(jié)段模型、內(nèi)固定系統(tǒng)、椎間融合器裝配處理。隨后構(gòu)建3種OLIF模型(表1)。最終所得的M0、M1、M2、M3模型的具體情況如圖3。

表1 腰椎側(cè)方入路融合術(shù)模型的分類及描述

圖3 OLIF實驗?zāi)Ｐ偷姆诸悓Ρ?A M1模型 B M2模型 C M3模型 D M0模型

在上述基礎(chǔ)上，將4種STEP文件導(dǎo)入Hypermesh軟件進行針對性有限網(wǎng)絡(luò)劃分，最終得M1、M2、M3、M0節(jié)點數(shù)，依次為134875、138267、145023、135607個。將上述4個節(jié)點文獻處理呈BDF格式，并導(dǎo)入MSC.Patran/Nastran軟件進行韌帶重建，獲得前縱、后縱、黃、橫突間、關(guān)節(jié)囊、棘間和棘上韌帶等的有限元模型。本研究中3組OLIF手術(shù)模型均不切除韌帶。根據(jù)OLIF手術(shù)模型設(shè)定接觸對并定義，即椎骨與上方參考點直接的接觸，記為耦合。隨后進行L3～S1脊椎節(jié)段各組織結(jié)構(gòu)及手術(shù)置入材料的模型材料屬性假設(shè)和參數(shù)賦予(表2)[9]。

表2 L3-S1脊椎節(jié)段各組織結(jié)構(gòu)及手術(shù)置入材料參數(shù)表

4.手術(shù)方法與術(shù)后處理：(1)觀察組手術(shù)方法：觀察組患者(27例腰椎滑脫癥)均用靜吸復(fù)合麻醉，取右側(cè)臥位。用記號筆標記髂棘及第12肋骨下緣，C臂X線機定位L 4、5椎間隙。于椎間隙中點前方3～5 cm處作一長約4 cm斜形切口。依次鈍性分開腹外斜肌、腹內(nèi)斜肌、腹橫肌。用長柄骨膜剝離器在腹膜后鈍性分離，顯露腰大肌前緣與髂血管間隙。透視、確認融合節(jié)段，置入逐級擴張器，安裝工作通道。撐開并逐級刮除椎間盤及上、下終板軟骨。試模并確認椎間融合器型號，植入填充人工骨(TWRIGH公司，美國)OLIF25椎間融合器(Medtronic公司，美國)。更換俯臥位。作腰椎后路 L4、5節(jié)段雙側(cè)約4 cm長切口。于多裂肌及最長肌間隙Wiltse入路植入椎弓根螺釘。術(shù)后常規(guī)規(guī)律鎮(zhèn)痛處理。術(shù)后第1天靜脈滴注帕瑞昔布鈉。第2天改為口服艾瑞昔布。術(shù)后第2天允許患者佩戴腰圍在助步器輔助下下床行走。(2)對照組手術(shù)方法：采取前單純小切口 Wiltse入路椎弓根螺釘固定術(shù)。靜吸復(fù)合麻醉，麻醉后囑咐患者向左側(cè)臥位。在腰椎后路L4～5做4 cm切口。在多裂肌和最長肌間隙 Wiltse入路弓根螺釘。

結(jié) 果

1.FEA模型的有效性驗證：有效性驗證分L3-4椎間、L4-5椎間和L5-S1椎間相對活動度(range of motion，ROM)。以M0脊柱模型為基礎(chǔ)計算前屈+后伸，左+右側(cè)彎和左+右側(cè)彎3項指標的ROM值。結(jié)果顯示，本研究所驗證模型有效(圖4)[10-11]。

圖4 本研究與既往研究的模型有效性驗證 A L3-4椎間相對活動度 B L4-5椎間相對活動度 C L5-S1椎間相對活動度

2.有限元模型L4-5ROM相對M2增量百分比分析： M0、M1、M3模型在前屈、后伸、側(cè)彎(左右)、旋轉(zhuǎn)(左右)等狀態(tài)下的ROM值均高于M2，前屈和后伸的增量各75.46%和85.36%，58.23%和70.42%，-25.31%和-25.37%，側(cè)彎(左右)增量各31.65%和14.07%，29.54%和13.44%，-20.95%和-23.42%，旋轉(zhuǎn)(左右)增量各21.48%和15.03%，11.88%和8.72%，-16.45%和-16.87%。由此可見，M2在上述不同運動狀態(tài)下的ROM值較M0和M1更低，較M3更高(表3)。

表3 有限元模型L4-5ROM相對M2增量[百分比(°)]

3.融合器和釘棒應(yīng)力值(MPa)增量比較比較：在直立、前屈、后伸、左右側(cè)彎，左右旋轉(zhuǎn)等運動狀態(tài)下，椎間融合器的等效應(yīng)力峰值構(gòu)成比均有所變化。相較M0和M2融合器等效應(yīng)力峰值，M1顯著增高，最大為40.5%(后伸)；最小為-1.9%(直立)。M3則降低，最大為-68.3%(后伸)；最小為-4.12%(右旋轉(zhuǎn))。相較M0和M1手術(shù)模型釘棒的融合器等效應(yīng)力峰值構(gòu)成比，M2和M3顯著上升，其中M2上升最大為69.8%(后伸)，最小為16.5%(右側(cè)彎)；M3上升最大為46.2(后伸)，最小為16.8%(直立)(表4，5)。

表4 不同運動狀態(tài)下各椎間融合器應(yīng)力最值[MPa(%)]

表5 不同運動狀態(tài)下各手術(shù)模型釘棒應(yīng)力最值[MPa(%)]

綜上，本研究建立了以空白對照(正常脊柱)的L3-S1有限元模型，并對其有效性進行了驗證，可用于腰椎滑脫癥的臨床手術(shù)輔助治療。較OLIF Stand alone(M1)模型，OLIF+左側(cè)椎弓根釘棒固定模型(M2)和OLIF+雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型(M3)對腰椎滑脫癥的臨床治療效果更好，可給相應(yīng)融合固定節(jié)段提供足夠的椎間穩(wěn)定性。

4.實例分析：聯(lián)合組術(shù)中(手術(shù)時間、暴露時間、顯露出血量及總出血量)指標均低于常規(guī)治療組(P<0.05)。術(shù)后1年隨訪時，聯(lián)合組的日本骨科協(xié)會評估治療評分(Japanese Orthopaedic Association Scores，JOA)改善率和腰痛疼痛視覺模擬評分(visual analogue score,VAS)評分均優(yōu)于常規(guī)治療組(P<0.05)(表6)。

表6 聯(lián)合組與常規(guī)治療組的手術(shù)前后各項指標比較

討 論

既往大多通過臨床研究或體外實驗的方式對脊柱的力學性能進行評估，但受脊柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜的影響，有效獲取其生物力學資料便受到了極大程度的限制。而從既往研究結(jié)果來看，相較于臨床研究或體外實驗而言，F(xiàn)EA無需新標本即可修正個體參數(shù)變量，也可為脊椎力學性能在不同手術(shù)方式及治療手段中的應(yīng)用提供便利。故本研究旨在通過FEA與實證分析相結(jié)合的方式進行了針對性研究。

腰椎椎間間融合術(shù)有多種[3]。本研究在結(jié)合OLIF手術(shù)較傳統(tǒng)手術(shù)在腰椎滑脫癥釘棒和椎間融合器應(yīng)力峰值降低方面的優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了OLIF聯(lián)合Wiltse入路椎弓根螺釘固定的三維有限元模型[12-14]。結(jié)果顯示，本研究模型不僅可達間接腰椎滑脫癥釘棒和椎間融合器應(yīng)力峰值減壓、糾正滑脫、提供更大椎間融合面積的目的，且對螺釘固定穩(wěn)定性的幫助也更顯著。即相較于OLIF Stand alone(M1)模型而言，采用OLIF+左側(cè)椎弓根釘棒固定模型(M2)和OLIF+雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型(M3)對腰椎滑脫癥的臨床治療效果更好，給相應(yīng)融合固定節(jié)段提供足夠的椎間穩(wěn)定性。同時，對照試驗研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合組(OLIF聯(lián)合小切口Wiltse入路)術(shù)中(手術(shù)時間、暴露時間、顯露出血量及總出血量)均低于常規(guī)治療組；術(shù)后1年隨訪時，聯(lián)合組JOA改善率優(yōu)于常規(guī)治療組。這說明該術(shù)式同傳統(tǒng)前路病灶清除聯(lián)合后路內(nèi)固定手術(shù)治療方式一樣具有創(chuàng)傷小、并發(fā)癥少等特點，且椎間融合率較高進而有效提高了JOA改善率，是一種安全、有效的治療腰椎滑脫癥術(shù)的方法，可用于腰椎滑脫癥的臨床手術(shù)治療。但本研究依舊存在不足之處。一是在建模過程中未納入肌肉受力分析與形態(tài)學之間的結(jié)構(gòu)指標；二是小樣本回顧性研究且隨訪時間短，缺乏多中心臨床隨機對照。故未來有待提供更全面的佐證依據(jù)，以便減少并發(fā)癥發(fā)生，提高手術(shù)安全性。

綜上所述，OLIF聯(lián)合Wiltse入路在腰椎滑脫癥的臨床治療中臨床效果更好，可給腰椎間融合固定節(jié)段提供足夠的椎間穩(wěn)定性。