徒手置钉技术在脊柱畸形矫正中的准确性与安全性研究

叶 斌，孟祥龙，刘玉增，海 涌

椎弓根螺钉技术的发展使脊柱内固定技术走向了一个崭新的时代，众多的优势使得它从传统的内固定技术中脱颖而出:更牢固的固定、更好的矫形效果、更少的并发症发生率等，然而，这都取决于准确的置钉技术，因为螺钉的误置有可能会损伤邻近结构，甚至产生灾难性的后果。

越来越多的方法可以用以协助椎弓根螺钉置入，如术中C形臂X线机透视、术中神经电生理监测、计算机导航等，虽然这些技术手段的确可以提高椎弓根螺钉置钉的准确性，但同时也带来了一些不利影响:更昂贵的花费、术中放射线的暴露、手术室污染以及增加感染风险等，这使得其产生的临床收益受到质疑，甚至有学者提出疑问:真的需要它们吗?而传统的徒手置钉技术完全依赖于解剖标志的确立，完全可以避免上述协助手段带来的不利影响。虽然越来越多的形态学及解剖学研究表明了脊柱不同区域椎弓根及椎体的变异，尤其是在胸椎，似乎给徒手置钉技术的实施带来了阻碍。但临床研究已表明，有经验的医师使用徒手置钉技术置入椎弓根螺钉是准确与安全的，虽然准确性不及使用术中透视或导航手段下的手术，但依然伴随着很低的并发症发生率，这使得徒手置钉技术所获得的临床收益较其他技术手段高。因此，本临床研究拟探讨本单位徒手置钉技术在脊柱畸形矫正中的准确性与安全性。

1 临床资料与方法

1.1 一般资料

2012年4月～2012年8月期间，共36例脊柱畸形患者在本院骨科接受后路经椎弓根螺钉内固定矫形手术治疗，术中使用徒手置钉技术置入椎弓根螺钉，不使用C形臂X线机透视及计算机导航等辅助设备。本研究中36例脊柱畸形患者年龄为12～64岁，平均 22.9岁;其中男 7例(19.44%)，女 29例(80.56%)。总共置入550颗螺钉，平均每人15.28颗螺钉。病例组成为:先天性脊柱侧凸(congenital sciliosis，CS)16 例(44.44%)，男3 例，女13例，年龄18.75±4.82岁;特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosi，AIS)12 例(33.33%)，男 1例，女11例，年龄17.00 ± 4.43岁;成人脊柱侧凸(adult scoliosis，ADS)3 例(8.33%)，均为女性，年龄36.33 ±5.69岁;退变性脊柱侧凸(degenerative scoliosis，DS)2 例(5.56%)，均为女性，分别为 59岁、64岁;强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)伴脊柱后凸畸形3例(8.33%)，均为男性，年龄29.67±10.69岁。不同脊柱畸形患者手术前后侧凸或后凸角度及术后矫正情况见表1。

1.2 外科技术

常规消毒、铺巾，后路正中切口，沿棘突-骨膜下分离至双侧横突尖部。彻底清除小关节或关节突关节上软组织结构以清晰显示骨性解剖标志。胸椎的进钉点为下关节突外侧缘与肋横突中上1/3连线之交界;腰椎的进钉点为平分椎体横突的水平线与沿下关节突外侧缘的垂直线之交点。准备钉道之前，在确定的进钉点部位部分去皮质直至可见髓质骨，使用探针试探椎弓根的完整性，深度为10～15 mm，然后使用椎弓根探子进一步加深和拓宽钉道直至深度约20 mm，接着再次使用使用带球状尖部的探针触诊椎弓根壁的完整性，确认在钉道准备过程中未发生皮质穿破后，使用椎弓根探子进一步加深钉道。椎弓根探子可前进到的距离在上、中、下胸椎及腰椎分别为 20～25 mm、25～30 mm、30～40 mm、40～45 mm，每次使用探子进一步加深钉道之后都要使用带球状尖部的探针试探椎弓根四壁及椎体前壁的完整性。在最后使用探针排除了椎弓根壁的穿破后，便置入合适长度和直径的螺钉。待所有椎弓根螺钉置入完毕后，使用原位弯棒技术或去旋转技术等进行侧凸畸形矫正。矫形完成后对拟融合节段的所有椎体的椎板及关节突关节行去皮质处理，使用自体骨或同种异体骨行植骨融合。常规闭合伤口，伤口保留闭式引流。术后待患者病情稳定后拍摄站立位脊柱全长正侧位片及固定节段CT平扫描。所有患者术中均使用徒手置钉技术，不使用C形臂X线机透视、CT或X线导航;部分较严重病例或重度后凸畸形需截骨矫形患者使用神经电生理监测，包括体感诱发电位(somatosensory evoked potential，SSEP)和运动诱发电位(motor evoked potential，MEP)。

表1 不同脊柱畸形患者手术前后Cobb角或后凸角度及矫正情况Tab.1 Pre-and postoperative cobb’s angle of scoliosis or kyphosis and correction of patients with different spinal deformity

1.3 评估方法

所有病例于病情稳定后行站立位脊柱全长X线片及置钉节段CT平扫描，2名独立的医生通过影像归档和通信系统(picture archiving and communication systems，PACS)查看影像学图像，根据置入螺钉与椎弓根或椎体的相对关系，确定皮质穿破的类型，争议案例经讨论后确定其误置类型;分别记录皮质穿破长度，取平均值。本研究使用术前正位X线片测量椎体旋转度，术后CT横断面判断有无外侧皮质穿破(lateral cortical perforation，LCP)、内侧皮质穿破(medial cortical perforation，MCP)、前壁穿破(anterior cortical perforation，ACP)发生，术后正侧位X线片判断有无上终板穿破(endplate perforation，EPP)、椎间孔穿破(foramen perforation，FP)，误置螺钉穿破皮质的长度单位为mm。

参考一个新近提出的分类系统［1］，定义螺钉误置类型(见图1)。MCP:0级，螺钉完全在椎弓根内或穿破内侧壁小于螺钉直径的1/2(见图1a);1级，螺钉穿破内侧壁大于螺钉直径的1/2(见图1b);2级，整个螺钉完全处于椎弓根内侧壁以内(见图1c)。LCP:0级，螺钉完全在椎弓根内或穿破外侧壁小于螺钉直径的1/2;1级，螺钉穿破外侧壁大于螺钉直径的1/2(见图1d);2级，整个螺钉完全处于椎弓根外侧壁以外(见图1e)。ACP:0级，螺钉尖完全在椎体内;1级，螺钉尖穿破所在椎体壁(见图1f)。FP:0级，螺钉尖未穿破椎弓根边界(见图1g);1级，螺钉尖部穿破椎弓根边界至上侧或下侧神经根孔(见图1h)。EPP:0级，螺钉尖完全在椎体内;1级，螺钉尖穿破上侧或下侧终板至邻近椎间盘间隙(见图1i)。分级中，0级为可接受置钉，1或2级为误置螺钉。

侧凸病例中椎体旋转度的评估采用Nash-Moe旋转度(在正位X线片上的影像学表现)分级方法［2］进行分类。

1.4 数据统计

使用 Microsoft office 2013、SPSS 18.0 进行统计分析，不同条件组螺钉误置率的区别使用χ2检验。

2 结 果

总共置入椎弓根螺钉550枚，其中340枚螺钉位置完全正确，准确率为61.82%;210枚螺钉为误置螺钉(其中12枚螺钉为非单一性误置螺钉，包含2种或以上误置类型)，总的螺钉误置率为38.18%，MCP的发生率为5.27%(29/550);LCP的发生率为 27.09%(149/550);ACP 的发生率为6.55%(36/550);EPP的发生率为0.55%(3/550);FP的发生率为0.91%(5/550)。所有病例术后均无神经、血管及内脏相关并发症出现。正常及各型误置螺钉在椎体中的分布、各型误置螺钉的发生率及穿破程度见图2～4;不同病例组螺钉分布见图5、6;上、中、下胸椎及腰椎螺钉的分布见图7、8。

图1 新螺钉误置分级(a～f，CT横断面;g～i，CT矢状面)Fig.1 New classification of screw misplacement(a-f，cross section of CT;g-i，sagittal section of CT)

图2 螺钉误置率Fig.2 Misplacement rates

图3 不同类型的螺钉误置Fig.3 Different types of misplaced screws

图4 MCP和LCP不同距离的例数Fig.4 Different cortical perforation distance of MCP and LCP

图5 正常螺钉与误置螺钉在不同的脊柱畸形中的分布Fig.5 Distribution of normal screws and misplaced screw in different spinal deformity

图6 不同MCP和LCP亚型在不同脊柱畸形的分布Fig.6 Distribution of MCP and LCP subtype in different spinal deformity

图7 不同部位误置螺钉的分布Fig.7 Distribution of misplaced screws in different regions of spine

图8 不同部位MCP和LCP亚型的分布Fig.8 Distribution of MCP and LCP subtype in different regions of the spine

胸椎的总螺钉误置率高于腰椎(P＜0.01);LCP是最常发生的误置类型(发生率为27.09%，149/550)，且胸椎比腰椎更易发生(P＜0.01)。MCP的发生率为5.27%(29/550)，胸椎与腰椎的MCP发生率的差异无统计学意义(P＞0.05)。

凹侧及凸侧的螺钉误置发生率(正常、MCP、LCP)差异没有统计学意义(P＞0.05)。凹侧MCP发生率(4.71%，12/255)与凸侧(6.94%，17/245)的差异没有统计学意义(P＞0.05);凹侧LCP发生率(27.45%，70/255)与凸侧(32.24%，79/245)的差异亦没有统计学意义(P＞0.05)，但均在凸侧略高。

本研究中显示椎体的旋转对螺钉误置率的影响在统计学上没有显著意义(P＞0.05);在顶椎区域(顶椎及上下各1个节段)置钉与非顶椎区域置钉的螺钉误置率差异没有统计学意义(P＞0.05);将侧凸病例中螺钉所在弯曲的严重程度分为4组(＜40°，40°～60°，60°～80°，＞80°)后进行统计分析，发现侧凸的程度似乎对螺钉误置率的影响不大，差异亦无统计学意义(P＞0.05)。

3 讨 论

3.1 概 述

3.1.1 徒手置钉技术的准确性

文献中报道的徒手置钉技术的螺钉误置率很不一致，大致为1.7% ～43%［3-8］，而且大部分集中在28%～43%，仅有少部分研究报道徒手置钉技术的螺钉误置率＜5%。依据骨性解剖标志确定螺钉进钉点是徒手置钉技术的基础［6，9-10］。很多临床研究描述了不同的解剖标志线确定进钉点的位置，主要将椎体横突及上关节突作为解剖标志［3，9，11-12］。在较严重的脊柱畸形病例中，横突可能由于椎体旋转或楔形变而产生形态的不正常［13］，Modi等［6］使用上关节突基底部与上关节突中外1/3分界线的交界作为胸椎椎体最佳进钉点［14］，使用徒手置钉技术所致螺钉误置的发生率为31.3%;而另一份回顾性研究报告显示在侧凸角度＞90°的病例中，使用此种方法确定最佳进钉点的螺钉误置率为34.8%。Parker等［3］通过回顾性分析使用徒手置钉技术置入的6816枚连续螺钉，螺钉误置率为1.7%;而 Belmont等［8］报道的徒手置钉的螺钉误置率为1%，值得一提的是在他们的研究中将内侧壁穿破＜2 mm以及可接受的使用“in-out-in”技术的外侧壁穿破作为位置正确的螺钉。

3.1.2 计算机辅助下骨科手术(computer-assisted orthopaedics surgery，CAOS)

自从将导航技术引入到骨科手术中来以后，CAOS［15-18］应运而生。很多研究表明使用导航系统协助置钉可以提高置钉准确性［19-20］。但是越来越多的研究却开始发现导航系统可能会带来一些临床相关的问题，比如昂贵的设备需要更大的花费、需要更多的人力来执行机器操作、在一定程度上使手术时间更长［21］、手术过程中对患者或医护人员更高的放射暴露量等，这些缺点也就限制了此类技术在临床中更为广泛的应用，而传统的徒手置钉技术完全可以避免上述问题。

3.1.3 徒手置钉技术相对于导航手术的优势

相对于导航技术，徒手置钉技术的优点主要为:①可以避免导航技术，尤其是二维或三维X线导航所增加的术中医护人员和患者的放射线暴露伤害［22-23］;②导航技术需要对图像进行导入、建模、配准等过程，可能延长手术时间，并增加手术部位感染的风险，而徒手置钉技术可以缩短手术时间，减少与脊柱内固定物相关的手术部位感染风险［24-25］;③CT导航于术前获得的图像资料，从CT扫描到导航的这一时间间隔或从配准(registration)到导航的这一时间间隔中，在严重创伤所致的节段性不稳病例中，可能会增加术中定位错误的发生机会;另外，术中作用于脊柱上的应力可能会导致已安置好的椎弓根螺钉内固定装置发生移位［26］;④导航设备的昂贵价格使得这种技术很难普及，而徒手置钉技术则无此限制;⑤导航设备占据手术室空间、需要更多人员操作，引起手术室密度过大，可能引起器械污染;⑥与导航系统本身相关的软件及硬件错误也逐渐暴露出来。另外，虽然导航设备比徒手置钉技术拥有更高的准确性，但徒手置钉技术的临床结果的安全性却与其相差无几，螺钉误置率的高低并没有影响到临床结果的好坏［27-29］。Parker等［3］报道的 1.7% 的螺钉误置率以及低并发症发生率更是表明了徒手置钉技术的准确性与安全性。

3.2 对结果的讨论

3.2.1 胸、腰椎节段置钉的准确性

本研究结果显示徒手置钉技术的螺钉误置率38.18%，与相关报道相一致。胸腰椎的螺钉误置率区别存在显著差异(χ2检验，P＜0.01)，而且这种差异主要体现在外侧皮质穿破上，这可能是由于胸椎的解剖结构复杂，椎弓根及椎体较小，脊髓活动范围小，发生内侧皮质穿破则更可能损伤脊髓神经，因此在不使用C形臂X线机透视、导航等技术协助的情况下，医生对此常见的处理方式为使用经肋椎关节(in-out-in)的进钉方式，以避免在椎弓根较小的胸椎置钉时发生内侧穿破而带来危险。文献中已有对此种皮质穿破类型的考虑，Youkilis等［26］在对椎弓根皮质穿破的分类学方法中将“通过肋椎关节的外侧故意进钉点”(intentional lateral screw entry through the costovertebral joint)作为“假3级穿破”(False grade 3)划分出来，以便与真正的胸椎椎弓根外侧皮质穿破(True grade 3)区别，前者作为一种外科置钉技术用于椎弓根较小的胸椎是有意为之，而后者则是真正的螺钉误置。因此，本研究中真正无意识的螺钉误置率可能要比上述结果要低。

关于皮质穿破的距离，这在不同的误置螺钉类型中呈现很明显的分化趋势(见图4)。LCP的穿破距离大体上很明显的高于MCP，而且LCP的穿破距离主要集中在4～8 mm(占71.81%)，MCP的穿破距离主要集中在2～6 mm(93.1%);另外，根据Abul-Kasim等［1］的分类方法，本研究中LCP 2型螺钉在LCP中的比例(69.13%)也很明显高于MCP 2型在MCP中的比例(24.14%)。

3.2.2 侧弯凹、凸侧置钉的准确性

本研究显示在凹、凸侧置钉对螺钉误置率没有影响，这与Su等［30］的研究结果相一致;但是本研究结果显示虽然没有统计学意义，但两者却均更倾向于在凸侧发生，这与Abul-Kasim等［31］的研究不太一致，他的研究表明凹侧更易发生内侧皮质穿破(P＜0.01)。

3.2.3 患者左、右侧置钉的准确性

有趣的是，本研究显示在患者右侧置钉时更易发生椎弓根外侧皮质穿破，而内侧皮质穿破也有这种倾向，这与Abul-Kasim等［31］的研究也是不一致的，他们的研究结果显示内侧壁皮质穿破更易在左侧发生(P ＜0.01)。

3.2.4 对结果的思考

这些临床研究结果的不一致性，引人思考:医生的经验(比如在置钉时是否会意识到椎体旋转而试图克服旋转带来的置钉困难，甚至产生矫枉过正等)、习惯(例如右利手与左利手在不同侧的方便性可能不一样等)是否可能会对这些结果产生一定影响?毕竟临床上大部分的研究仅能对一些可测量指标进行统计分析，而很少涉及一些经验、习惯对结果的影响，而医师们的经验、习惯对临床结果差异性的贡献有多少也无从得知，这可能需要更进一步的研究。

3.2.5 安全性

尽管报道的徒手置钉技术的螺钉误置率大小不一，但神经血管等并发症均非常罕见［3，8，20，28，30，32-35］。在本研究中没有因为螺钉误置而发生神经或大血管并发症的病例，这与之前的文献研究是也相一致的。值得一提的是，在所有内侧皮质穿破的螺钉中，有2枚螺钉穿破距离＞6 mm(分别为6 mm、7 mm，分属 T12、T9，见图9)，但并没有产生任何脊髓或神经损害症状，考虑到CT扫描可能造成的伪影以及测量误差等(通常在2 mm以内［1］)等这可能也进一步证实了T10～L4椎体“安全区”的存在，这是 Gertzbein等［28］在通过对40例胸腰椎(T7～L4)骨折患者的71枚胸椎椎弓根螺钉行CT扫描分析后得出的结论。他认为＜4 mm的内侧壁穿破是一个“安全区域”(safe zone)，包括2 mm的硬膜外腔和2 mm的蛛网膜下腔，而Kim等［9］则进一步将4～8 mm的内侧皮质穿破归结为“可疑安全区域”。另外，虽然LCP的穿破距离本研究中较高，最高达12 mm(T5椎体)，但在所有病例中并未出现神经血管并发症。基于以上结果，如果将“内侧皮质穿破距离＜4 mm、外侧皮质穿破距离＜6 mm”作为临床上安全的置钉距离的话，本研究结果显示徒手置钉的安全性为86.55%。

图9 本研究中的误置螺钉Fig.9 Misplaced-screw cases in this research

3.2.6 影响置钉准确性的可能原因分析

引起螺钉误置的原因可能是多方面的。在所有螺钉置入之前都需要使用椎弓根探子加深钉道并使用探针探测椎弓根各壁的完整性，而术后CT扫描显示的螺钉误置说明术中使用探针以评估皮质穿破可能是不可靠的［3］;另外，侧凸畸形病例中椎弓根发育畸形、椎体旋转等客观因素也可能是引起螺钉误置的部分原因;在畸形矫正过程中，某些程序(如去旋转、撑开、加压等)可能会使已置入的处于准确位置的螺钉发生移动，引起椎弓根部分骨折，从而出现CT上表现的螺钉误置，即使这些螺钉误置的发生并非与螺钉置入本身有关;而胸椎进钉点的选择可能会对胸椎的高螺钉误置率尤其是外侧皮质穿破有贡献，而这作为一种外科技术的结果也并非属于真正意义上的螺钉误置。而考虑到本研究为回顾性研究，笔者无法明确地说明螺钉误置的发生是与螺钉置入本身有关还是与手术中的一些相关程序相关，在这方面需要进行更多的深入研究。

3.2.7 临床应对策略

基于上述这些可能引起螺钉误置的原因分析，为了更好地避免螺钉误置，在使用徒手置钉技术的过程中，外科医生在使用椎弓根探子进行钉道准备、使用探针探测椎弓根壁完整性以及螺钉置入过程中需要变得非常谨慎和细心，在畸形矫正程序(如去旋转、撑开、加压等)中要适当地把握好力度和程度，在最大程度上减少螺钉误置，因为与螺钉置入相关的任何一个步骤都可能引起螺钉误置。

3.2.8 不足之处

本研究亦存在一定缺陷，如病例样本数较少;椎体旋转度的测量评估采用X线片上Nash-Moe旋转度分级方法，相对于使用CT横断面上具体的旋转角度测量，必然使精确度下降;未测量具体椎弓根的直径(上下径和横径)以及未分析具体螺钉的直径等。

基于上面的研究结果及讨论，本研究结论如下:①徒手置钉技术在脊柱畸形矫正中的应用是安全的，可以避免使用术中透视、计算机导航等带来的不利影响。②外侧壁穿破是最常见的穿破类型，在胸椎的发生率比在腰椎高，在胸椎使用计算机图像系统等协助置钉可能更有应用价值。

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