椎弓根螺钉技术在儿童脊柱外科的应用现状

刘 磊，孙 琳

(首都医科大学附属北京儿童医院，北京100045)

椎弓根是连接椎体与椎板之间最坚强的骨性结构，是连接椎体和椎弓的力学桥梁，通过椎弓根进行螺钉固定为重建脊柱稳定提供了可靠的力学基础，从而为脊柱后路内固定技术提供了解决方法。尽管椎弓根螺钉内固定系统已于成人手术中取得良好的效果，但关于椎弓根螺钉技术治疗儿童脊柱疾患的报道却较少，现对该技术应用相关的几个问题综述如下。

1 儿童椎弓根形态学参数的研究

儿童的椎弓根形态学研究仍不成熟，尤其是关于儿童颈椎形态学研究和各节段椎弓根内部构造的测量与比较更不完善。但充分掌握儿童的椎弓根解剖形态学结构，对儿童椎弓根螺钉置入技术却具有极其重要的作用。

1.1 椎弓根横径 椎弓根内外皮质外缘之间的最短距离。儿童椎弓根横径随年龄的增大而增大;同年龄组中随椎体变化的趋势与成人相似。椎弓根横径从T1向下逐渐缩小，直到胸椎中部区域(T4或T5)达到最小，T5到T12逐渐增大，L1较T12略减小，L1到S1再次逐渐增大，于S1达到最大值。根据 Ferree、Zindrick、Senaran 及郑昌坤等［1～4］对儿童椎弓根形态学参数的测量结果，国内外儿童的椎弓根横径值近似。Ferree认为3岁之后到12岁之前，椎弓根横径随年龄稳步增长，于上段腰椎(T12、L1、L2、L3)每年增长 0.3 mm，下段腰椎(L4、L5、S1)每年增长 0.5 cm，12 岁之后椎弓根横径增长率下降，16岁之后椎弓根横径生长趋于完全［1］。3岁儿童除部分T4、T5、T6椎弓根横径小于3 mm外，余椎体在大部分儿童的椎弓根横径均大于3 mm，L3、L4、L5可达5～8 mm。5岁以上儿童椎弓根横径均值皆大于3.5 mm，下胸椎及腰椎达5 mm以上，于L5达1 cm，7岁时，L4、L5和S1的椎弓根横径可达1 cm，而T12、L1、L2和L3则在12岁时可达到这一数值，因此下腰椎的椎弓根在年龄较小时即可接受普通型号的螺钉。

1.2 椎弓根纵径 椎弓根上下皮质外缘之间的最短距离。Zindrick及郑昌坤分别测量了白种人及国人的椎弓根纵径值。郑昌坤所测数值较Zindrick的小1～2 mm，可能与国人身高平均较白种人矮有关。儿童椎弓根纵径亦随年龄的增大而增大，随椎体变化的趋势与成人相似，且同一椎体横径＜纵径，因此椎弓根横径对于决定椎弓根螺钉的尺寸具有更重要的意义［2～4］。

1.3 骨—螺钉通道长度 椎弓根后缘皮质沿椎弓根轴线至椎体前缘皮质的长度。儿童的骨—螺钉通道长度随年龄增长而增长，每年至少增长1 mm，从3～5岁到成人增长了接近70%［2］。在Zindrick等的研究中3～5岁儿童骨—螺钉通道长度的平均值波动在22.1～31.6 mm，T1～L5总体变化趋势逐渐增大，Ferree及Senaran等所测数值与Zindrick等的相近，郑昌坤等的则要比其大2～5 mm。

1.4 椎弓根横断面夹角(TPA)和椎弓根矢状面夹角(SPA) 分别为椎弓根轴线与椎体矢状面、水平面之间的夹角。儿童TPA和SPA随年龄增长无显著性变化，胸椎TPA，T1最大(25.9°～31.8°)，由上向下逐渐减小，T11、T12可达 0°甚至负角，L1～S1则又逐渐增大，L5在23.6°～33.8°，S1约为 43°，总体趋势出现两个高峰一个低谷。SPA在胸椎变化不大，约为 20°，且胸椎大于腰椎，从 L1～ L5该角逐渐减小［2，3］，为 0°～10°。TPA在决定进钉方向时临床价值更高，下胸椎固定时螺钉内倾角不宜过大，否则易进入椎管，下腰椎固定内倾角不宜过小，否则容易穿破椎弓根外侧皮质或椎体前方，引起并发症，术前还应结合X线片或CT片，选择螺钉进钉角度。

2 儿童椎弓根螺钉的应用情况

2.1 儿童椎弓根螺钉应用的优缺点 对于儿童而言，椎弓根螺钉内固定系统是惟一能够提供坚强固定的方式。儿童椎板上光滑脆弱的骨性结构并不足以为椎板钩和钢丝提供坚强固定的支点，应用钢丝或椎板钩固定的稳定性差，常难以达到复位固定骨折、矫正畸形和稳定脊柱的目的，也不能将后方的矫形力有效地传到椎体前方，只有椎弓根螺钉内固定系统能够提供足够的矫形力和稳定性。

尽管拥有这些优点，但于儿童中应用椎弓根螺钉内固定系统仍有诸多限制:①应用椎弓根螺钉可能因限制椎管生长而造成医源性椎管狭窄［5］。②儿童椎弓根较成人更小，更易发生椎弓根皮质破裂或穿透、脊髓及神经根损伤、硬膜撕裂及脑脊液漏等并发症，因此需选用适合于儿童使用的椎弓根螺钉固定。

2.2 儿童椎弓根螺钉尺寸的选择方法

2.2.1 获取更小的椎弓根螺钉以适应儿童的椎弓根 根据目前儿童椎弓根形态学参数的测量结果，除了部分上胸段椎弓根，选用直径在3 mm以上、长度在25 mm以上的椎弓根螺钉应用于3岁以上的儿童脊柱疾患手术应该是安全可靠的，但术前仍需行脊柱影像学检查以排除因个体间差异及椎体畸形而造成的椎弓根发育过小可能。理论上螺钉的直径越小对椎弓发育的干扰会越小，但因为椎弓根螺钉的把持力与螺钉置入的直径与长度成正比例关系，故当直径及长度变小时，椎弓根螺钉的生物力学将明显减低［6］。尽管矫正儿童胸腰椎畸形所需要的力量仍未明确，但也需要足够的力量以供矫形所用，尤其是在严重畸形中，因此如果只是通过获取更小的螺钉来解决此问题将对脊柱的固定不利。

2.2.2 在不改变椎弓根生物力学的情况下增加椎弓根的大小，使其能够容纳更大的螺钉 Polly等［5］认为小儿的椎弓根弹性好，椎弓根螺钉的直径可为拟固定椎弓根横径的115%，即使有螺纹突破椎弓根皮质，一般也不会造成不良的后果［7］;在胸椎椎弓根侵占椎管小于2 mm时，对脊髓不构成有意义的压迫。现在已有人对螺钉置入后的椎弓根横径膨胀情况进行研究。Rinella等研究青春期前儿童(9岁)的尸体证明，通过连续使用直径接近但逐渐增大的螺钉可使儿童椎弓根横径扩大至8.5 mm，内径及外径可分别增加74%及24%。傅英魁［8］指出国人椎弓根膨胀率大于35%时，硬膜囊才会受压，而韦兴等［9］所测得的膨胀率的最大值为30.1%。

2.3 儿童椎弓根螺钉进钉点及进钉方向的选择 取决于椎弓根横断面及矢状面夹角，根据国内外学者对儿童椎弓根形态学参数的研究结果，儿童椎弓根的两个角度值与成人近似，故其进钉点及进钉方向的选择可参照成人的进钉方法。

3 儿童椎弓根螺钉技术的安全性及效果分析

椎弓根螺钉内固定系统在10岁以下的儿童，特别是在婴幼儿脊柱疾患治疗中的应用并不普遍，国内外报道均不多见。近年来，可得到的椎弓根螺钉的直径有 3.0、3.5、4.0、4.3、4.5、5.0 mm。这些直径的螺钉为小儿胸腰椎椎弓根固定提供了可能［10］。

Ruf等［11］首先报道对16例1～2岁儿童实施共19次椎弓根内固定手术治疗脊柱疾患，其中先天畸形15例及肿瘤1例，手术治疗效果满意。术后至少随访6 a，被置入螺钉椎体发育与邻近椎体比较几乎正常，所有患儿在随访期间均未发现神经系统并发症。其后Ruf等又报道了［12］对25例1～6岁儿童实施椎弓根内固定手术治疗先天性脊柱侧弯半椎体畸形的案例，手术矫形效果良好，随访未发现有神经系统并发症。陈立言等［10］在10以下儿童的胸腰椎疾患中应用椎弓根内固定手术，手术效果满意，骨折获得复位、畸形得到矫正，脊柱固定的效果牢靠，并能早期下地活动。可见，椎弓根螺钉固定在小儿是可行的和安全的。

综上所述，在儿童中应用椎弓根螺钉内固定技术是有效可行的，与成人椎弓根固定一样，小儿椎弓根固定也存在并发症，若无良好的技术保证，发生并发症的机会较成人高;故此手术应在良好的硬件和软件支持下开展，恰当选择手术适应证，术前制定详细的手术计划，由经过成人及青少年脊柱手术积累大量经验的熟练医生实行手术。

［1］Ferree BA.Morphometric characteristics of pedicles of the immature spine［J］.Spine，1992，17(8):887-891.

［2］Zindrick MR，KnightGW，SartoriMJ，et al.Pediclemorphology of the immature thoracolumbar spine ［J］.Spine，2000，25(21):2726-2735.

［3］Senaran H，Yazici M，Karcaaltincaba M，et al.Lumbar pedicle morphology in the immature spine:a three-dimensional study using spiral computed tomography ［J］.Spine，2002，27(22):2472-2476.

［4］郑昌坤，黄其杉，胡月正，等.正常儿童胸椎椎弓根的参数测量［J］.中华小儿外科杂志，2008，29(7):430-433.

［5］Polly DW Jr，Potter BK，Kuklo T，et al.Volumetric spinal canal intrusion:a comparison between thoracic pedicle screwsand thoracic hooks［J］.Spine，2004，29(1):63-69.

［6］Cil A，Yazici M，Daglioglu K，et al.The effect of pedicle screw placementwith orwithoutapplication of compression across the neurocentral cartilage on themorphology of the spinal canal and pedicle in immature pigs［J］.Spine，2005，30(11):1287-1293.

［7］Suk SI，Kim WJ，Lee SM，et al.Thoracic pedicle screw fixation in spinal deformities:are they really safe［J］.Spine，2001，26(18):2049-2057.

［8］傅英魁.脊柱解剖与手术［M］.济南:山东科技出版社，1994:32-33.

［9］韦兴，侯树勋，史亚民，等.螺钉植入后椎弓根横径膨胀的初步观察［J］.中华骨科杂志，2002，22(10):627-629.

［10］陈立言，彭新生，李佛保，等.椎弓根钉固定在10岁以下小儿胸腰椎疾患治疗中的应用［J］.中国脊柱脊髓杂志，2006，16(4):263-266.

［11］Ruf M，Harms J.Pedicle screws in 1-and 2-year-old children:technique，complications，and effect on further growth ［J］.Spine，2002，27(21):E460-E466.

［12］Ruf M，Harms J.Posterior hemivertebra resection with transpedicular instrumentation:early correction in children aged 1 to 6 years［J］.Spine，2003，28(18):2132-2138.