单侧椎弓根螺钉在腰椎融合手术中的应用研究

周海清

[摘要] 目前关于腰椎椎弓根螺钉的钉棒系统在腰椎融合手术中的应用研究成果尚不能反映长期的椎弓根螺钉固定系统的疲劳特性，不能达到与人体完全仿真的程度，而且有些组织的材料性质目前尚不清楚。在研究过程中，人们对脊柱相关软组织的生物力学特性进行线性的简化和处理，一定程度上会对模型的结果产生影响。所以，对于脊柱生物力学性能方面的研究，能为今后的研究设计及应用提供一定的借鉴。

[关键词] 单侧椎弓根螺钉；腰椎融合术；临床应用

[中图分类号] R687.3 [文献标识码] B [文章编号] 1674-4721（2014）02（a）-0187-03

脊柱后路内固定手术是一种重要的脊柱稳定手术，它的发展及演变起源于人们对脊柱畸形的矫正及脊椎骨折内固定的病理学发展和生物力学特性的认识。1911年Hibbs第一次报道了关于脊柱融合的手术，并且规定了脊柱融合手术的最基本原则。20世纪80年代以后随着相关脊柱生物力学方面的研究逐渐增多，脊柱以及椎间盘的解剖结构的生物力学、脊柱内固定器械的生物力学以及不同的手术方式对脊柱的结构及其稳定性产生的影响等方面的试验，深入阐述了脊柱后方结构及其椎间关节在维持脊柱的稳定性方面的重要作用，从而为脊柱融合手术的临床应用提供了一定的科学依据[1]。

现在的微创技术已被广泛地用于外科手术领域，并逐渐在脊柱外科的手术中的占据主导地位[2-3]。在脊柱手术的过程中如何避免组织损伤，减少术中出血，这已经变成了目前需要克服的一项难题。近年来关于单侧腰椎椎弓根螺钉在腰椎融合手术中应用方面的报道逐渐增多[4-5]，本文对单侧腰椎椎弓根螺钉系统在腰椎融合手术中的应用和研究进展进行综述。

1 单侧椎弓根螺钉固定系统的生物力学特性

1.1 单侧椎弓根钉与双侧椎弓根螺钉的对比研究

Harris等[6]通过对尸体标本的生物力学检测，认为在脊柱单侧、双侧椎弓根螺钉固定系统稳定性的人体试验中，双侧脊柱椎弓根螺钉内固定系统具有较好的脊柱稳定性，但是在目前的临床应用中未得到满意的疗效，在最佳的脊柱内固定强度方面还没有统一标准[7-9]。Suk等[10]通过对87例患者实施的脊柱后外侧单节段内固定融合和双节段内固定融合手术中得出，单侧脊柱椎弓根内固定与双侧脊柱椎弓根能固定的脊柱融合率分别为91.5%和97.5%，差异无统计学意义（P=0.121），但是，在降低患者手术费用和缩短手术时间方面，单侧椎弓根螺钉内固定系统具有明显优势。贡小强等[11]在行后正中手术切口腰椎间融合术（posterior lumbar interbody fusion，PLIF）中，对单、双侧脊柱椎弓根螺钉内固定系统进行对比，两者的术中出血量和手术时间差异有统计学意义，脊柱椎体间的植骨融合率以及JOA评分改善率差异无统计学意义。

1.2 模拟仿真的研究

陈志明等[12]根据正常人体的腰3～5节段CT扫描数据，利用Geomagic Studio 9.0、Simple ware 2.0和Abaqus 6.7系统软件重建了人体正常的腰3～5三维的有限元模型（INF），并以此为基础，建立了腰4/5单侧椎弓根钉棒固定加后外侧横突间植骨融合系统的手术模型（M1），脊柱单侧椎弓根钉棒固定并应用单个融合器械放入模具（M2）、脊柱双侧椎弓根钉棒固定系统并应用单个融合器械放入模具（M3）。在模拟腰椎活动中，进行腰椎前曲后伸旋转及侧屈的基本活动，并在腰3椎体上面加500 N的预载荷以及10 N·m的转矩。在不同情况下分别观察腰4、腰5节段的角移位、脊柱椎弓根钉内固定以及融合器的应力作用分布。结果显示，在不同情况下M1、M2、M3各个角移位都比INF少，以M3减少最多；除了脊柱右屈以及后伸，M2、M3角移位降低的程度相差不大，但是在脊柱左屈、右屈以及右旋转、左旋转的时候M1的稳定性较差。在脊柱椎弓根钉应力峰值方面，M1较M2和M3高，尤其是在脊柱后伸、左侧屈时脊柱椎弓根钉的应力峰值最大。M2椎弓根钉的应力峰值较M3高。在各种情况下，M2脊椎椎间融合器的应力峰值均较M3高。所以，脊柱的单侧椎弓根钉固定系统加用单个椎间融合器，能够为脊柱提供足够的稳定性，该方法可以用于腰椎退变性疾病的手术内固定。在脊柱融合器的应力峰值方面，脊柱单侧椎弓根钉棒固定系统并应用单个融合器械放入模具明显高于双侧椎弓根钉棒固定系统的模具，但是在脊柱融合器沉降方面，脊柱单侧椎弓根钉棒固定系统较双侧椎弓根钉棒固定系统高。

董健文等[13]切除腰4～5的椎间盘以及同侧>2/3的椎体间的关节，造成脊柱单节段的不稳定，结果显示，除了脊柱左侧弯以外，脊柱单侧椎弓根钉棒固定系统组在脊柱其他各个方向上的活动与双侧椎弓根钉棒固定系统组比较，运动范围（range of motion，ROM）没有明显增加，即使在左侧弯，其ROM也较双侧组小。因此脊柱单侧椎弓根钉棒固定系统和双侧脊柱椎弓根钉棒固定系统相比，在脊柱绝大多数活动方面其稳定性是相当的。

2 手术入路

2.1 传统后正中手术切口

在相应节段的椎间隙后正中线做纵行切口，依次切开皮肤、皮下组织、腰背筋膜，并剥离肌肉组织，暴露脊柱椎板以及脊柱的关节突关节。以脊柱横突的中心线和脊柱小关节突外缘的交点作为脊柱椎弓根的进钉点。用开口器打开椎弓根后缘骨皮质，探针插入椎弓根骨髓道内，并探测其深度和方向，选择长度及直径合适的脊柱椎弓根钉缓慢拧入。

2.2 微创旁正中切口

在病变节段的稍外方依次切开皮肤、皮下组织以及深筋膜，沿脊柱骶棘肌的中间逐层分离，暴露脊柱的小关节突、脊柱的上下关节突以及脊柱的椎板，进钉点为脊柱横突的中心线和脊柱小关节突外缘的交点。其余方法与脊柱后正中切口相同。

3 单侧椎弓根螺钉在不同方式植骨融合手术中的应用

3.1 在脊柱后正中入路腰椎植骨融合手术中的应用

传统PLIF是由Cloward提出的一种行之有效的脊柱腰椎的手术方法，在腰椎间盘突出症、腰椎退变性造成的腰椎不稳、腰椎椎体滑脱等治疗方面取得了较好的临床疗效。PLIF主要应用于腰椎间盘源性所致的腰背痛和腰椎间盘突出症、腰椎退行性变造成的不稳所致的腰腿痛、严重的腰椎椎管狭窄症需要进行椎管广泛减压的患者以及腰椎间盘的髓核摘除术后复发患者；但是对于年轻的患者、过度肥胖的患者、有严重骨质疏松的患者以及重度腰椎椎体滑脱的患者是不适宜的[14-15]。

PLIF在脊柱的椎体间植入骨块或Cage，应用骨块或Cage的支撑和后面的脊柱椎弓根钉以及连杆的固定作用从而达到脊柱椎体间的融合，限制了本节段的活动。这种优点在于可以去除全部的椎间盘组织，有效地维持椎间隙高度，扩大椎间孔进行充分的减压，提高了椎体间的融合率。缺点在于椎体间植入的骨块容易错位。切除脊柱的棘突及其韧带、椎板，造成后柱结构破坏严重，容易造成脊柱失稳以及造成后路脊柱椎体间植骨融合困难。手术中对脊神经根以及硬膜囊的牵拉会导致脊神经根功能一过性或永久性暂时损失、硬膜囊撕裂和手术后硬膜外纤维瘢痕形成，手术过程中需要剥离大部分的椎旁肌，这样手术的创伤较大和术中出血较多。如果在较高水平容易导致脊髓的损伤，产生严重的并发症，因此只适应于腰2～骶1节段[16]。

3.2 微创PLIF在脊柱手术中的应用

微创PLIF手术是指在脊柱后正中线旁边的2～3 cm处C型臂X线机导针定位后，相应的病变椎间盘处切一个约2.5 cm的切口，沿导针逐级扩张或者管状的扩张器牵开病变的椎间隙。在手术内镜系统的支持下完成椎间孔的减压和椎体间的植骨融合，应用撑开器时在直视下同样可以完成椎间孔的减压和椎体间的植骨融合。椎体间植骨融合完成后，也可以应用小切口、内镜或者经皮的椎体间内固定术[17-18]。林斌等[19]对102例腰腿痛患者应用单侧椎弓根钉固定系统和传统后正中入路双侧脊柱椎弓根钉固定系统进行了比较，结果发现微创单侧脊柱椎弓根钉固定具有手术时间短、出血量少、椎体间的融合率较高等优点，是一种安全可行的治疗方法。

3.3 在经椎间孔腰椎椎体间融合术中的应用

为了避免在PLIF手术中过度牵拉脊神经根以及硬膜囊，Hams等[20]提出经椎间孔腰椎椎体间融合手术（transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF）。TLIF手术切口可以选在更偏离后正中线的外侧，在后正中线旁边的4～5 cm处作一个小切口，完全暴露以后切除一边的部分关节突到达椎间盘的后外缘，手术显露和椎间植骨融合的方法与微创PLIF类似[21]。TLIF克服了手术中牵引脊神经根和硬膜囊导致的神经损伤，并且保留了前纵韧带、后纵韧带、棘上韧带和棘间韧带的结构完整，同时由于腰背肌的附着点大部分得到保留，避免了肌肉的失神经支配，这对于手术后的功能锻炼和恢复非常有利[22]。这种治疗方法在腰椎间盘突出症、腰椎退变造成的腰椎不稳、腰椎椎体滑脱等疾病的治疗方面也获得了较好的临床疗效。

TLIF主要是经脊柱单侧后外侧入路行脊柱的前柱内固定。其优点是：能降低对脊柱椎管内组织结构的损伤，对脊神经根、硬膜囊的干扰降低到最小。保持脊柱椎板及脊柱关节突的稳定性，防止脊柱内固定物脱出、断裂。手术过程中对硬膜囊不用牵拉，和PLIF的手术方式不同，TLIF更适合于上位腰椎。其缺点是：在手术入路一侧要切除部分关节突，并且在脊柱的椎体间植骨融合相对困难[23-25]。张连生等[26]认为，脊柱单侧椎弓根钉TLIF手术与脊柱双侧椎弓根钉内固定TLIF手术比较，两者在术后的效果上差异无统计学意义，与PLIF比较，TLIF在减少手术的时间及术中周围组织损害、降低手术死腔方面具有明显优势。

[参考文献]

[1] Brox JI，Srensen R，Friis A，et al.Randomized clinical trial of lumbar instrumented fusion and cognitive intervention and exercises in patients with chronic low back pain and disc degeneration[J].Spine，2003，28（17）：1913-1921.

[2] Kim CW，Siemionow K，Anderson DG，et al.The current state of minimally invasive spine surgery[J].J Bone Joint Surg Am，2011，93（6）：582-596.

[3] McAfee PC，Philips FM，Anderson G，et al.Minimally invasive spine surgery[J].Spine，2010，35（265）：271-273.

[4] Duncan JW，Bailey RA.An analysis of fusion cage migration in unilateral and bilateral fixation with transforaminal lumbar interbody fusion[J].Eur Spine J，2013，22（2）：439-445.

[5] Deutsch H，Musacchio MJ Jr.Minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion with unilateral pedicle screw fixation[J].Neurosurg Focus，2006，20（3）：E10.

[6] Harris BM，Hilibrand AS，Savas PE，et al.Tramsformational Lumbar interbody fusion：the effect of various instrumentation techniques on the flexibility of the lunbar spine[J].Spine，2004，29（4）：65-70.

[7] France JC，Yaszemski MJ，Lauerman WC，et al.A randomized prospective study of posterolateral lumbar fusion.Outcomes with and without pedicle screw instrumentation[J].Spine，1999，24（6）：553-560.

[8] Youssef JA，McKinley TO，Yerby SA，et al.Characteristics of pedicle screw loading.Effect of sagittal insertion angle on intrapedicular bending moments[J].Spine，1999，24（11）：1077-1081.

[9] 薛剑，靳安民，孙小平，等.单侧腰椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定与双侧固定的比较[J].中国组织工程研究，2013，17（9）：1571-1578.

[10] Suk KS，Lee HM，Kim NH，et al.Unilateral versus bilaberal pedicle screw fixation in lumbar spinal fusion[J].Spine （Phila Pa 1976），2000，25（14）：1843-1847.

[11] 贡小强，张亚俊，黄永辉.单侧与双侧椎弓根螺钉加椎间植骨融合治疗退行性腰椎不稳效果比较[J].江苏大学学报，2010，20（6）：531-534.

[12] 陈志明，马华松，赵杰，等.腰椎单侧椎弓根螺钉固定的三维有限元分析[J].中国脊柱脊髓杂志，2010，20（8）：684-688.

[13] 董健文，邱奕雁，赵卫东，等.单侧椎弓根钉棒固定单节段腰椎及其邻近节段生物力学研究[J].中国临床解剖学杂志，2010，28（1）：585-589.

[14] Goh JC，Wong HK，Thambyah A，et al.Influence of PLIF cage size on lumbar spine stability[J].Spine，2000，25（1）：35-40.

[15] Okuda S，Iwasaki M，Miyauchi A，et al.Risk factors for adjacent segment degeneration after PLIF[J].Spine，2004，29（14）：1535-1540.

[16] Wang ST，Goel VK，Fu CY，et al.Comparison of two interbody fusion cages for posterior lumbar interbody fusion in a cadaveric model[J].Int Orthop，2006，30（4）：299-304.

[17] Rouben D，Casnellie M，Ferguson M.Long term durability of minimal invasive posterior transforaminal lumbar interbody fusion：a clinical and radiographic follow-up[J].J Spinal Disord Tech，2011，24（5）：288-296.

[18] Ringel F，Stoffel M，Stüer C.Minimally invasive transmuscular pedicle screw fixation of the thoracic and lumbar spine[J].Neurosurgery，2006，59（4 Suppl 2）：361-366.

[19] 林斌，林秋燕，何明长，等.经Quadrant通道单侧椎弓根固定椎体间融合治疗腰椎退行性疾病[J].中国骨伤杂志，2012，25（6）：468-473.

[20] Harms J，Rolinger H.An one-stage procedure in operative treatment of spondylolistheses：dorsal traction -reposition andanterior fusion[J].Z Orthop Ihre Grenzgeb，1982，120（3）：343-347.

[21] Archavlis E，Carvi y Nievas M.Comparison of minimally invasive fusion and instrumentation versus open surgery for severe stenotic spondylolisthesis with high-grade facet joint osteoarthritis[J].Eur Spine J，2013，22（8）：1731-1740.

[22] 肖波，毛克亚，王岩，等.微创经椎间孔腰椎椎体间融合术与传统后路腰椎椎体间融合术并发症的比较分析[J].脊柱外科杂志，2013， 11（1）：1672-1677.

[23] 石岩，崔文岗，肖德明，等.腰椎椎间融合器临床研究进展[J].国际骨科学杂志，2013，34（1）：45-48.

[24] Galbusera F，Schmidt H，Wilke HJ.Lumbar interbody fusion：a parametric investigation of a novel cage design with and without posterior instrumentation[J].Eur Spine J，2012，21（3）：455-462.

[25] Tormenti MJ，Maserati MB，Bonfield CM，et al.Perioperative surgical complications of transforaminal lumbar interbody fusion：a single-center experience[J].J Neurosurg Spine，2012，16（1）：44-50.

[26] 张连生，刘斌，王东升，等.单侧椎弓根螺钉内固定联合椎体间融合治疗腰椎退行性疾病的临床研究[J].颈腰痛杂志，2012，33（3）：199-202.

（收稿日期：2013-12-06 本文编辑：郭静娟）