青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸矯形術中置釘安全性的研究進展

楊雪健，陳煥雄，李國軍，彭秋宇，黃 濤，孟志斌

（海南醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院脊柱外科，海南 ?？?570102）

青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）是一種發(fā)病機制尚未明確的復雜三維畸形，約占所有脊柱側(cè)凸的75%～80%［1］。主要表現(xiàn)為冠狀面失衡、矢狀面生理彎曲異常改變以及椎體旋轉(zhuǎn)，嚴重的側(cè)凸畸形可導致肋骨畸形發(fā)育、胸廓變形壓迫到心肺等重要解剖臟器，影響外觀甚至降低患者預期壽命［2］。為了控制側(cè)凸進展及改善外觀畸形、消除患者心理障礙往往需要行手術治療，目前主流的手術方式為經(jīng)后路椎弓根螺釘內(nèi)固定 矯 形 術。Boucher［3］在1959 年 首 次 將 椎 弓 根 螺 釘用于脊柱融合術，直到上世紀80 年代，椎弓根螺釘才得以廣泛運用。與傳統(tǒng)的鉤狀器械相比，椎弓根螺釘具有三柱固定的優(yōu)點，同時具有更高的抗拔出強度和更好的旋轉(zhuǎn)控制力，對側(cè)凸矯形能力更強［4，5］。脊柱側(cè)凸患者常常伴隨著椎體旋轉(zhuǎn)及椎弓根變細、椎體周圍解剖結(jié)構(gòu)異常，椎體畸形發(fā)育等問題。這給矯形手術置釘造成較大困難。研究表明在脊柱側(cè)凸矯形術中螺釘誤置發(fā)生率較高且可能導致災難性的并發(fā)癥［6］。AIS 螺釘誤置不僅會造成脊髓及神經(jīng)根受損，還有可能損害周圍臟器，包括主動脈，奇靜脈和食道［7-9］。如何提高置釘安全性、避免災難性并發(fā)癥發(fā)生一直是脊柱外科醫(yī)師關注的焦點。相關研究表明與傳統(tǒng)C 臂輔助置釘相比，使用計算機導航及3D 打印導板技術可提升置釘精確性，減少破壁率及并發(fā)癥的發(fā)生提高置釘安全性。通過總結(jié)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸脊柱解剖結(jié)構(gòu)發(fā)育的特點、器械相關并發(fā)癥的臨床經(jīng)驗以及目前各種置釘方式的優(yōu)缺，希望能為術者進一步提高青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸矯形術中置釘安全性提供參考。

1 青少年脊柱側(cè)凸解剖結(jié)構(gòu)與安全性關系

1.1 青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸解剖特點

脊柱椎弓根的寬度很大程度上影響著椎弓根螺釘?shù)闹萌?，有研究表明椎弓根外?cè)和內(nèi)側(cè)皮質(zhì)的寬度與脊髓至椎弓根內(nèi)側(cè)壁的距離顯著相關，椎弓根越窄螺釘損傷的危險性越大，尤其是凹側(cè)椎弓根螺釘損傷的危險性更大［10］。而AIS 患者與正常人體在椎弓根的解剖結(jié)構(gòu)上存在很大差異，Panjabi等［11］研究發(fā)現(xiàn)最窄的椎弓根位于T3-T8 節(jié)段，平均直徑為6.3 mm。Zindrick 等［12］發(fā)現(xiàn)最窄的椎弓根位于T5。總的來說，大多數(shù)研究者一致認為椎弓根最窄的部位是在T4-T6 節(jié)段。不過在不同種族及地區(qū)的人群中椎弓根寬度也存在差異。Tan 等［13］研究發(fā)現(xiàn)亞洲人的椎弓根寬度相對較窄。許多研究都發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)脊柱側(cè)凸的椎弓根寬度在胸彎凹側(cè)較窄。Sarwahi［14］和Watanabe 等［15］發(fā) 現(xiàn) AIS 患 者 的 凹 側(cè) 椎弓根較細且畸形率較高，其中大部分位于上胸椎區(qū)域。Gao 等［16］研究AIS 組凹側(cè)椎弓根寬度（4.99±1.87）mm 小于凸側(cè)椎弓根寬度（6±1.66）mm 和正常組椎弓根寬度（6±1.45）mm，而AIS 凸側(cè)椎弓根寬度與正常組相比無明顯差異。同時還發(fā)現(xiàn)到在側(cè)凸結(jié)構(gòu)曲線上的頂椎區(qū)域椎弓根的變異程度最高。在Czerwein 等［17］研究當中發(fā)現(xiàn)C 型（寬度＜4 mm，無松質(zhì)骨通道）和D 型（寬度＜2 mm，無松質(zhì)骨通道）椎弓根的發(fā)生率分別為4.4%和3.2%。而畸形椎弓根中誤置螺釘?shù)拇┢坡蕿楦哌_28.1%。綜上所述，在青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者中凹側(cè)椎弓根寬度相對較窄且椎弓根畸形發(fā)生率較高，椎弓根螺釘?shù)闹萌腚y度及螺釘誤置概率更高，對于總結(jié)脊柱側(cè)凸患者椎弓根形態(tài)解剖學特點，對于術中在置釘過程中優(yōu)化螺釘路徑的起點和軌跡具有重要意義。

1.2 誤置螺釘造成奇靜脈、食道損傷

為減少螺釘誤置導致災難性并發(fā)癥的發(fā)生，很多學者針對已行脊柱側(cè)凸手術患者的椎弓根與周圍臟器的關系進行研究分析。研究表明AIS 螺釘?shù)恼`置不僅會導致神經(jīng)系統(tǒng)受損，還可能損害周圍臟器，包括奇靜脈和食道。Jiang 等［8］研究發(fā)現(xiàn)在AIS 椎弓根螺釘置入過程中，左胸椎（T7-T10）發(fā)生奇靜脈損傷的風險更高，左側(cè)奇靜脈損傷的風險在T10 時為72%，在T8 時為85%，在無側(cè)凸患者中，沒有觀察到螺釘置入導致兩側(cè)的奇靜脈損傷。Takeshita 等［18］發(fā)現(xiàn)在T4 椎體，隨著螺釘長度（凹側(cè)30.5 mm 和凸側(cè)29.4 mm）增加，食管損傷的風險也隨之升高。

1.3 誤置螺釘造成神經(jīng)系統(tǒng)的損傷

在AIS 矯形術中誤置螺釘穿破椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)很有可能損傷到脊髓，尤其位于上胸段區(qū)域。?arlak 等［19］研究發(fā)現(xiàn)在AIS 矯形術椎弓根螺釘置入過程中，在T2-T3、T5-T9 凹側(cè)螺釘導致脊髓損傷的風險最高。脊髓的損傷往往是災難性的，術后恢復效果極差，較高位置的脊髓受損可能導致呼吸心跳停止，危及患者生命安全。當誤置螺釘穿破椎體上下終板可損傷神經(jīng)根，可能會造成相應區(qū)域階段的感覺麻木及運動功能障礙。在脊柱側(cè)凸矯形術中置釘與矯形過程中，容易發(fā)生術中神經(jīng)系統(tǒng)損傷，使用神經(jīng)電生理實時監(jiān)測SEP 和MEP 指標可早期發(fā)現(xiàn)術中造成的神經(jīng)系統(tǒng)損傷，對于術者的操作有預警作用，可預防繼續(xù)操作造成病情加重的風險并能為及時尋找損傷原因提供幫助。可最大限度降低手術相關的神經(jīng)損傷風險，是脊柱外科醫(yī)生的左膀右臂，為脊柱矯形手術保駕護航［20］。

1.4 誤置螺釘造成主動脈的損傷

目前國內(nèi)外對于AIS 矯形術椎弓根螺釘誤置造成的主動脈損傷鮮有報道，Jiang［7］與Liu［21］等發(fā)現(xiàn)主動脈損傷的最高風險是在T10、T11，其次為T4、T5。而Sarlak 研究發(fā)現(xiàn)T4-T8 凹側(cè)螺釘和T11-T12 凸側(cè)螺釘損傷主動脈風險升高［19］。Hicks 等［22］對脊柱側(cè)凸手術中因椎弓根螺釘誤置發(fā)生的并發(fā)癥進行了綜合分析，發(fā)現(xiàn)8 147 枚螺釘中有6 枚螺釘與主動脈相鄰，發(fā)生率為0.07%。隨著患者年齡的增長，主動脈逐漸硬化血管脆性增加。這些毗鄰的椎弓根螺釘對于患者主動脈發(fā)生破裂出血是個巨大的安全隱患。Watanabek 等［15］提倡可以使用經(jīng)食道超聲心動圖來識別由于誤置螺釘導致的主動脈損傷。當誤置螺釘與主動脈毗鄰時，間接增加了遠期主動脈損傷的風險。使用螺釘尖端消除以及食道超聲等方法來預防及識別因螺釘誤置引發(fā)的主動脈損傷，可在一定程度上提高患者的遠期生存質(zhì)量，降低安全隱患。通過總結(jié)大量脊柱側(cè)凸手術患者器械相關并發(fā)癥的臨床事例，對于增加手術醫(yī)師置釘經(jīng)驗及提高手術安全性具有重要參考意義。

2 誤置螺釘?shù)脑u價標準

2.1 X 線 與CT 評 估

回顧截止目前國內(nèi)外相關誤置螺釘?shù)难芯?，關于椎弓根螺釘皮質(zhì)穿破率的文獻報道差別較大，螺釘穿破率的這種大范圍變化是受評估方法的影響。使用X 線評估的研究螺釘穿破率非常低，范圍從1.2%到3.0%［23-26］。而使用CT 評估的研究螺釘穿破率高達12%到17%［22，27］。這是因為CT 評估可從多個掃描的層面中確定出穿破程度最大的高質(zhì)量圖片，而X 線獲取的影像圖片質(zhì)量較差造成的誤差較大，因此使用薄層CT 評估對于破壁的椎弓根釘評價更為客觀真實可靠。

2.2 椎弓根破壁分級

破壁分級的標準對誤置螺釘?shù)脑u價也有較大影響。Samdani［28］和Liu［27］等均使用CT 評估誤置椎弓根螺釘穿破率，分別為12.1%和32.0%。產(chǎn)生這種差異的主要原因是由于使用不同的椎弓根螺釘破壁分級標準造成。Samdani 僅將椎弓根穿孔＞2 mm 納入為誤置螺釘，而Liu 將＞0 mm 的破壁螺釘也納入進去。去除納入標準的差別后，Liu 等研究的螺釘誤置率降至15.4%，兩者差距明顯縮小。Hicks［22］等在對脊柱側(cè)凸手術中椎弓根螺釘并發(fā)癥的系統(tǒng)評價中，使用CT 評估的螺釘誤置率高達15.7%。在2016 年，Sarwahi 等［29］認為當誤置螺釘穿破內(nèi)側(cè)壁＞4 mm 或穿破前外側(cè)壁距內(nèi)臟邊緣＜1 mm 時為危險螺釘，在他的研究中危險螺釘誤置率為1.06%。椎弓根螺釘?shù)恼`置率高低與評估方法及破壁分級標準有很大關系。使用CT 評估相對于X線評估椎弓根穿破率更客觀可靠，同時規(guī)范化統(tǒng)一分級標準對于置釘安全性評價具有重要臨床意義。

3 不同置釘方法的置釘安全性

3.1 傳統(tǒng)方法置釘

目前脊柱側(cè)凸矯形手術中的椎弓根螺釘置入技術多種多樣，其中傳統(tǒng)的技術包括徒手技術，透視輔助技術和漏斗技術。Kim 等［30］報道徒手技術下椎弓根總體穿破率為6.4%，Suk 等［31］研究發(fā)現(xiàn)使用透視輔助的置釘技術穿破率僅為1.2%。然而，在上述研究中大多數(shù)患者僅使用X 線進行評估以致于穿破率均較低。Suk 等［25］報道了漏斗技術的使用，發(fā)現(xiàn)14 例患者的總椎弓根穿破率為65.0%。2016年，Liu 等［27］報道了徒手技術在AIS 患者中的準確性（使用CT 評估），發(fā)現(xiàn)總穿破率為32.0%。但是，排除椎弓根外側(cè)穿破后的皮質(zhì)穿破率降至12.1%。Kwan 等［32］報道在140 名AIS 患者使用漏斗技術，經(jīng)CT 評估2020 枚椎弓根螺釘?shù)奈恢煤蟀l(fā)現(xiàn)總體螺釘穿破率為18.3%，但排除了螺釘外側(cè)穿破后總體穿破率降至6.5%。他們認為大多數(shù)穿孔是由于胸椎區(qū)域發(fā)生的外側(cè)穿破，尤其是位于右側(cè)T3-T5 水平，這是手術醫(yī)師下意識在該區(qū)域螺釘置入偏外引起的，考慮到螺釘被限制在肋骨與椎體交界處，這些胸椎水平的外側(cè)穿破（椎弓根外技術）被認為是安全的。Xie 等［33］在重度脊柱畸形手術中使用五步置釘法，置釘失敗率由17.8%降至0.4%。盡管傳統(tǒng)技術置釘椎弓根穿破率較高，但螺釘引起的實際器械相關并發(fā)癥發(fā)生率較低，其可靠性得到學者廣泛認可。雖然近幾年來各種置釘技術發(fā)展迅猛，不過傳統(tǒng)置釘技術仍然是當前應用最廣泛的置釘方法。在實際應用中，術者會根據(jù)實際情況靈活選擇合適的方法。在置入螺釘后術中可使用C 臂透視實時評估螺釘?shù)奈恢靡哉{(diào)整螺釘，提高置釘精確性。傳統(tǒng)置釘方法的主要優(yōu)勢在于：相比于導航與機器人技術可有效降低患者及醫(yī)院的經(jīng)濟負擔，減少了術前系統(tǒng)注冊及導航準備時間。其劣勢主要在于學習周期相對較長。在行脊柱側(cè)凸矯形手術置釘過程當中，無法在術中實時獲取患者脊柱立體三維圖像以輔助置釘。側(cè)凸患者畸形發(fā)育的椎弓根解剖結(jié)構(gòu)對于術者是個巨大的考驗，對于術者的手術技巧及臨床經(jīng)驗要求較高。隨著醫(yī)療衛(wèi)生方面數(shù)字化技術飛速發(fā)展，計算機導航與骨科機器人在脊柱外科領域的臨床實踐中得到極大的應用跟廣泛認可，使用這些高新技術可以填補傳統(tǒng)方法的許多不足之處。

3.2 計算機導航輔助置釘

在術中透視的基礎之上研發(fā)出計算機輔助導航技術。導航系統(tǒng)包括：C 型臂X 線機透視二維圖像導航、CT 術前圖像導航、Iso-C 術中三維導航、術中MRI 導航、術中三維CT 導航技術以及機器人輔助系統(tǒng)等［34］。導航的按原理類型還分為光學導航、磁導航以及超聲導航等，其中應用最廣泛最成熟的為光學導航。截至目前不少研究表明，在AIS 手術中使用計算機導航輔助可以提高椎弓根螺釘置釘精確性，并減少置釘時間和放射線輻射量［35］。與傳統(tǒng)C 臂透視輔助下置釘相比，導航技術輔助置釘可從在定位手術區(qū)域、制備入釘點、確定置釘深度等過程提供實時三維影像，可以有效提升整體置釘精確度，降低內(nèi)、外側(cè)皮質(zhì)穿破率，同時導航還可監(jiān)測到置釘方向與角度，降低了脊柱矯形手術中椎弓根螺釘置入的難度和發(fā)生神經(jīng)、血管損傷的概率［36，37］。雖然在很多學者的研究中使用計算機導航可提高置釘精度，但是使用計算機導航過程中也存在許多問題，最致命的莫過于導航漂移，導航一旦失準若沒及時發(fā)現(xiàn)并進行校準將會發(fā)生災難性的后果。尤其對于長節(jié)段的矯形手術，術中導航發(fā)生漂移的概率會大大增加。在導航使用過程中，導致導航漂移的因素有很多。脊柱本身就是彈性體在置釘過程中，脊柱與參考架之間會產(chǎn)生相對位移導致導航失準，其次是手術器械的形變以及導航球上的血跡等均可以導致導航漂移，手術過程中患者的呼吸運動在術中C 臂透視掃描時容易產(chǎn)生偽影從而影響導航精度。年輕醫(yī)生在使用導航置釘時應熟悉椎弓根螺釘置入技巧及導航原理，不能盲目根據(jù)導航結(jié)果進行螺釘置入。若發(fā)現(xiàn)導航偏移及時尋求原因，避免因螺釘誤置造成嚴重后果。在導航使用過程中應注意選取相對固定的髂骨放置參考架，避免光路遮擋，同時置釘過程中避免過度暴力使脊柱產(chǎn)生形變，可以使用高速磨鉆輔助釘?shù)乐苽洹＝刂鼓壳?，有關導航漂移失準的臨床研究很少有人報道。陳煥雄等［38］研究發(fā)現(xiàn)使用定位針導航實時校準技術可進一步提高置釘精度，同時可實時監(jiān)測導航偏移的角度及方向，與單純導航輔助AIS 置釘相比較，導航實時校準技術可即時監(jiān)測到導航漂移的方向及角度，有效提高AIS 整體置釘精度，降低破壁率，減少并發(fā)癥的發(fā)生。隨著科技的不斷進步與機器人時代的到來，脊柱機器人成為當前最新的手術導航方式。Fan 等［39］分析了不同置釘方式的精確性及療效。脊柱機器人置釘176 枚（1 組），導航模板置釘134 枚（2 組），O 臂導航置釘234 枚（3 組），透視引導置釘346 枚（4 組）。1～4 中臨床可接受螺釘置入率分別為94.32%、95.52%、90.60%、78.03%。與導航模板或O 形臂系統(tǒng)相比，機器人輔助技術在螺釘植入的準確性方面沒有明顯的優(yōu)勢，但它顯著減少了不良事件、每枚螺釘?shù)耐敢晻r間、術后住院時間和失血量。使用機器人和導航手術、徒手以及透視引導技術相比，它們在椎弓根螺釘放置方面提供了更高的準確性。導航技術為提高置釘精確性提供了一種新型手段，但也有其劣勢：術前導航系統(tǒng)需要注冊增加手術準備時間；它們的高昂成本和空間限制；學習導航曲線漫長；導航發(fā)生漂移導致災難性并發(fā)癥。3D 打印導板技術的出現(xiàn)填補了醫(yī)院無法獲取高精尖導航的空缺，導向模板技術與導航及機器人相比造價較低，置釘精確性同樣可靠。

3.3 導向模板置釘

隨著3D 打印技術的飛速發(fā)展，導向模板技術得到充分應用與發(fā)展。導向模板的使用原理首先是對手術患者進行術前脊柱薄層CT 掃描，再通過數(shù)字化軟件對脊柱進行3D 重建，緊接著再根據(jù)椎體形態(tài)設計釘?shù)?、制作可以附著于椎體表面的導向模板。手術時直接將導板直接附著于患者脊椎，通過導板進行椎弓根鉆孔，然后置入椎弓根螺釘［40］。Liu［40］與Fan 等［41］的研究中都發(fā)現(xiàn)導向模板比傳統(tǒng)方式置釘?shù)木_性更高，并且認為使用導板并不會影響手術時間，同時側(cè)凸矯正率也沒有顯著差異。在Fan 等［41］的研究中發(fā)現(xiàn)導板組與導航組在螺釘置入的準確率與滿意度上沒有明顯差異，但手術時間卻顯著低于導航組［41］。李洪珂等［42］認為使用3D 打印技術可以方便脊柱矯形手術。他們研究了在3D 打印技術的輔助下10 例患者共置入173 枚釘中術后CT 復查優(yōu)良率高達97.1%。這些研究均證實了導板技術的有效性及安全性。當術中導航和機器人系統(tǒng)等昂貴的醫(yī)療設備無法獲取時，3D 打印導向模板技術可以成為計算機導航與機器人有效的替代品。與傳統(tǒng)置釘方法相比而言，3D 打印導航模板的優(yōu)勢在AIS 矯形術中輔助置釘可有效縮短置釘時間，明顯減少X 射線透視頻率帶來的輻射劑量和置釘出血量，同時降低置釘難度、提升了置釘準確性［42］。此外，導航模板在置釘過程中可不考慮進針點的調(diào)整和方向，同時又實現(xiàn)了治療方案和治療措施的個體化和精確化，尤其適合經(jīng)驗缺乏的年輕醫(yī)師完成椎弓根螺釘?shù)闹萌?。劣勢在于為了使模板與骨面貼附性更好有利于準確置釘，往往需要剝離更多的骨性結(jié)構(gòu)及軟組織，在一定程度上增加了手術造成的創(chuàng)傷。在制作導向模板的過程中，必須經(jīng)過多次數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化再加上制作工藝的差異，常常存在著一定誤差；除此之外高溫消毒也可能引起形變。制作需要一定的周期，間接增加了患者的住院時間與經(jīng)濟負擔［43］。導向模板技術具備導航系統(tǒng)輔助下的置釘精確性，但導板技術在材料的設計與實際的應用當中仍有許多有待提高的空間。

4 展望

與傳統(tǒng)的脊柱內(nèi)固定器械相比較，椎弓根螺釘具備更好的生物力學優(yōu)勢，可在脊柱側(cè)凸手術中轉(zhuǎn)化為更高的側(cè)凸矯正率。但是，該技術具有引起神經(jīng)系統(tǒng)以及主動脈，奇靜脈和食道受傷的風險。因此，脊柱外科醫(yī)生應該對脊柱畸形及其周圍內(nèi)臟結(jié)構(gòu)的形態(tài)學有充分的了解，防止災難性并發(fā)癥的發(fā)生。此外，只有將合理、高效、精確及個性化的置釘理念融入到傳統(tǒng)技術、導航技術以及導向模板技術當中。才能最大程度的降低螺釘穿破率和提高置釘安全性，最終使患者更大的受益及提升遠期生存質(zhì)量，減少術后并發(fā)癥的發(fā)生。目前在青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸置釘安全性方面的研究已經(jīng)取得較大進展。相關研究結(jié)果表明使用計算機導航、機器人及導向模板技術可有效提升置釘精確性，降低破壁率，提高安全性。使用術中神經(jīng)電生理監(jiān)護可降低神經(jīng)系統(tǒng)損傷的風險，實時為患者保駕護航。在未來的研究中應該聚焦于標準化螺釘穿破分級的制定，致力于計算機導航系統(tǒng)及機器人的研發(fā)以及椎弓根螺釘置入導板材料方面的研究［44，45］。

作者貢獻度說明：

楊雪?。菏占嚓P文獻及論文書寫；孟志斌：文章項目構(gòu)思及審核；其余作者參與文獻收集、分析。

所有作者聲明不存在利益沖突關系。