经椎间孔腰椎椎体间融合术的应用与发展

李华 王辉 丁文元

随着人口老龄化，腰椎退行性疾病已经成为脊柱外科的主要关注点之一。虽然绝大多数的腰椎退行性疾病症状均可通过保守治疗来缓解，但是仍有部分症状较为严重及长期保守治疗无效的患者需要通过手术干预治疗。腰椎融合术目前已有约 70 年的发展史，对于腰椎退行性疾病，其已经被证明是一种有效和主要的治疗手段[1]。目前主要的腰椎融合术式有前路腰椎融合术 ( anterior lumbar interbody fusion，ALIF )、后路腰椎融合术 ( posterior lumbar interbody fusion，PLIF )、腰椎后外侧融合术 ( posterolateral lumbar fusion，PLF ) 及经椎间孔腰椎椎体间融合术( transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF )，另外也有如横突间入路腰椎椎体间融合术 ( intertransverse lumbar interbody fusion，ILIF ) 等术式尚在探索阶段。其中 TLIF具有对腰椎结构破坏少、神经损伤小、术后并发症少等优点，成为近年来的研究热点。现对 TLIF 技术的特点、优点、临床应用及近年的发展等方面作一综述。

一、TLIF 技术的发展史、操作及技术特点

1. 发展史：自 1911 年 Hibbs 发明脊柱植骨融合术以来，人们一直在对其进行探索和研究。PLIF 手术最早在1944 年由 Briggs 等[2]提出，1953 年，Cloward[3]提出在PLIF 手术中应用自体髂骨进行植骨，PLIF 手术才逐渐开始流行，后者也被公认为 PLIF 之父。PLIF 手术中会牵拉硬膜和神经根，因此发生如神经功能损伤、硬膜撕裂等并发症的可能性较大，也令该术式引来较多争议。Okuyama等[4]回顾了 148 例应用 PLIF 手术的患者，认为虽然融合失败率较低，但 PLIF 手术仍有较高的并发症发生率，特别是神经功能损伤。为降低手术并发症，Blume 等[5]在20 世纪 80 年代早期提出了单侧入路 PLIF 手术并经 Harms等[6]发展并推广了 TLIF。20 世纪 90 年代晚期，TLIF 术式开始被广泛采用。

2. 操作流程：常规 TLIF 手术的基本操作流程如下：按照腰椎后路手术标准程序暴露需处理的病变间隙，直至横突，注意保护棘上及棘间韧带，常规置入椎弓根螺钉，然后于症状较重一侧完全切除此间隙的上一椎体的下关节突和下一椎体的上关节突，清除黄韧带、硬膜外脂肪并止血，清晰暴露外侧 1 / 3 椎间盘、硬膜囊和神经根，此时可在无须牵拉神经根的情况下切除腰椎间盘组织，并彻底清除上、下终板。安装双侧连接棒，适当撑开间隙，植入大小合适、充填过松质骨的 cage 1枚，经 C 型臂 X 线机确认位置良好后加压固定，如有剩余松质骨，可继续行横突间植骨以实现“环形”融合。

3. 技术特点：TLIF 技术通过后路实行彻底地单侧关节突关节切除，操作位置是单侧的椎间孔，其通常位于上位神经根的下方、纵行神经根及硬膜囊外侧，硬膜等椎管内结构无须显露，且神经根显露较为容易，无须牵拉神经根和硬膜即可较为彻底地对神经根管进行减压，大大降低了神经根损伤、硬膜囊破裂的风险，而且避免了 PLIF 手术常见的硬膜外广泛纤维化。由于只切除一侧关节突，不破坏棘突、棘上－棘间复合体，另一侧椎板及小关节突得以保留，手术对脊柱生物力学的稳定性影响小，而且利于腰背肌的功能恢复。因术后瘢痕少，对于二次手术者减少了粘连导致损伤椎管内组织的风险。TLIF 植骨位于脊柱的承重轴，植入物得到了最大的压缩应力，获得较高的融合率；因为融合位于运动节段的旋转中心，节段的稳定性也有提高[7]。通过重建相应节段的正常解剖曲度，术后椎间隙高度恢复可以改善或解除椎间孔的狭窄，之前因受压折叠的黄韧带和被压缩的纤维环得到还原，间接改善了椎管的狭窄[8-9]。

二、TLIF 的优势、适应证及禁忌证

( 一 ) TLIF 术式的优势

TLIF 术式与 PLIF 术式同为后路腰椎椎体间植骨，具有一些共同的优势，如选用了椎间植骨这种被普遍认为最为理想的融合方式，提高了融合率，增加了稳定性；配合椎弓根螺钉系统可以做到充分的减压和固定，从根源上改善疾病。但 PLIF 术式对脊柱节段原有结构的破坏较多，减压和植骨时需要牵拉硬膜囊和神经根，限制了其在高位腰椎上的应用；术后并发症多，易产生神经损伤；术区易形成广泛瘢痕增生，影响二次手术，并可能出现神经内纤维化和慢性神经根疾病[10-11]。TLIF 较 PLIF 的优势在于选择椎间孔入路，不涉及椎管，可在 L1～S1的任意节段进行，具有更大的使用范围。对于不需要椎管减压的患者，TLIF 保留了棘突和大部分椎板，减少了松质骨面、椎板前静脉及椎管内静脉丛的失血，维持了后柱结构的完整，减少了手术时间。减少 PLIF 术中、术后的神经并发症是 TLIF 最大的优势。Okuyama 等[4]报道的 148 例 PLIF手术患者中，一过性神经麻痹的发生率为 8%。Ray[12]报道的 236 例 PLIF 手术患者中，10%发生了表现为小腿和足肌力减弱的一过性神经损伤。1994 年 Turner[13]的一项关于 PLIF 的研究中，马尾神经损伤的发生率高达 19%，其中 3 例为永久性损伤。Humphreys 等[14]对 40 例 TLIF 和34 例 PLIF 患者进行比较，TLIF 组无并发症，而 PLIF 组术后出现 10 例并发症，其中神经根症状 4 例。Lowe 等[15]对 40 例腰椎退行性疾病患者进行 TLIF 手术，术后仅 1 例出现一过性神经麻痹。

( 二 ) TLIF 术式的适应证及禁忌证

1. 适应证：与其它腰椎椎体间融合术相同，TLIF 术式的主要适应证是与成人脊柱退变与畸形相关的疾病。目前公认 TLIF 的适应证包括：( 1 ) 无神经症状或者仅有单侧神经症状的 I、II 度腰椎滑脱症；( 2 ) 椎管未受累的腰椎间盘退变性疾病；( 3 ) 椎间盘切除综合征 ( post discectomy syndromes，PDS ) 保守治疗无效者；( 4 ) 退变性侧凸；( 5 ) 复发性腰椎间盘突出症以及高位腰椎间盘突出症。另外，对于如糖尿病、肥胖、高龄体弱、吸烟及曾椎间融合失败等形成假关节风险高的患者，应用 TLIF 具有较理想的效果。TLIF 结合多种减压方式，通过充分减压，亦可用于治疗腰椎管狭窄症。陈建华等[16]通过适当扩大 TLIF 术式的椎板减压范围治疗 56 例腰椎滑脱伴椎管狭窄症，优良率达到 94.6%。张居适等[17]应用椎管潜行减压结合 TLIF 术式治疗单侧根性症状的腰椎管狭窄症20 例，疗效满意。随着微创 TLIF、内镜及扩张管技术的普及，TLIF 术式越来越多的应用到了腰椎管狭窄症的治疗中[18-19]。

2. 禁忌证：TLIF 的适用范围广，其禁忌证较少且亦常为 PLIF 的禁忌证。目前文献报道的主要有腰椎前方及侧方骨桥形成严重，难以撑开者，双侧硬膜外瘢痕形成及粘连均严重者以及严重骨质疏松症患者[8,14]。也有学者进行椎弓根螺钉固定系统的生物力学分析后认为，通过骨水泥及球囊扩张技术可显著增加椎弓根螺钉的把持力，因此骨质疏松症并非腰椎融合的绝对禁忌[20]。

三、TLIF 术式的临床疗效

关于 TLIF 的临床研究多以早期疗效的报道为主。Lowe 等[15]的报道中，90% 获得坚强融合，经 3 年随访，85% 的患者对疗效满意。Potter 等[21]报道采用 TLIF 治疗 100 例腰椎退行性病变患者，随访时间均＞1 年，融合率达 93%，81% 的患者症状明显改善。Glassman 等[22]在 2006 年对 497 例患者的临床资料进行了标准化评估，得出以下结果：术后 1 年综合评分平均提高 9.9 分，术后2 年平均评分提高 9.5 分。在融合率方面，TLIF 术后总体的融合率达到 90%以上。目前多数学者认为 TLIF 的早期疗效好，而中远期疗效尚待评估。

四、微创 TLIF 术式的发展

1. 微创 TLIF 术式的提出：虽然传统 TLIF 术式较 PILF术式在手术时间、手术出血量、术后并发症方面均有所减少，减轻了患者的痛苦，具有明显的优势，但其仍然采取传统后正中切口，须对双侧肌群尤其是棘突两侧的多裂肌进行剥离和牵拉。这种方法必然会导致肌肉损伤、术后瘢痕形成和椎旁肌失神经支配，直接引起脊柱屈曲力量的减弱、术后下腰痛及腰椎术后失败综合征[23]。开放性手术在剥离骶棘肌过程中极易破坏脊神经后支内侧分支，使多裂肌产生失神经改变。从理论上说，广泛剥离软组织可导致植骨区血供减少，对术后融合也会产生不良影响。另外，对椎旁肌的破坏可能引起融合区邻近椎体的载荷增加，增加邻近节段退变的发生率。Kwaguchi 等[24]采用猪模拟人体腰椎后路手术，发现术中用牵开器牵拉时距牵开板5 cm 处肌内压超过 100 mm Hg ( 1 mm Hg＝0.133 kPa )，明显高于正常水平，且肌肉局部血流急剧减少，持续 3 h 后组织学观察发现有坏死和即将坏死的不透明肌纤维；术后48 h 则因巨噬细胞侵入导致肌肉凝固性坏死。为了在尽量保证手术疗效的前提下减少后正中切口带来的种种问题，Wiltse 等[25]于 1968 年首先报道了经多裂肌与最长肌间隙入路的旁正中切口，发现该入路可以明显减少手术中剥离与牵拉对多裂肌造成的损伤。随着微创脊柱外科的进步，2003 年 Foley 等[26]首次提到了采用该入路的微创 TLIF 技术。2005 年，Schwender 等[27]利用一个管道牵开器和定制的手术器械对 49 例诊断为退行性椎间盘疾病的患者进行了微创 TLIF 手术。国内学者范顺武等[28]也对此肌间隙行微创 TLIF 手术进行了采用和报道。

2. 微创 TLIF 术式的优势：微创 TLIF 通过钝性分离，经多裂肌及最长肌间隙入路，通过管道牵开器获取视野，避免了椎旁软组织的剥离。在扩张管由小到大撑开肌肉间隙或肌束间隙的过程中，肌纤维被逐渐推开，其排列顺序不会发生明显改变，手术后肌纤维之间基本不形成瘢痕组织，可保留椎旁软组织的生理功能，降低术后腰背部疼痛的发生率[29]。同时，对肌肉的牵拉力均匀分布在扩张器四周，可降低传统使用牵拉板牵拉的方法使局部肌肉受到异常载荷，导致肌内压增加而引起的肌肉变性、坏死的发生率。Stevens 等[30]对比了微创和传统两种腰椎后路术式肌肉牵开后的最大平均肌内压，微创方式为 ( 10.5±6.0 ) mm Hg，传统方式为 ( 32.25±18.75 ) mm Hg，且微创方法最大肌内压在取走扩张器后 1～3 s 内降低 50%，而开放术式牵开器松开后的高肌内压仍持续存在 60 s。Kim等[31]比较研究了采用经皮和开放两种椎弓根螺钉置入方式的 MRI，发现手术节段术前和术后的多裂肌横截面积比较在经皮组无统计学意义，而在开放组术后的多裂肌横截面积较术前明显减少。这从生物力学及影像学两方面证实了在减少腰背肌损伤方面，微创术式优于开放术式。另外，由于创伤的减小，微创术式在术中出血量、平均住院时间及术后感染率等方面也明显优于开放术式[32]，前者的并发症发生率也要明显小于后者[33]。

3. 微创 TLIF 的手术辅助器械：为了达到小切口的目的，微创 TLIF 术式需要借助一些特殊的辅助器械实现操作。国内应用较多的是由美国枢法模公司研制的 Quadrant微创手术系统，其原理是通过小切口内插入系列扩张管来逐渐分开肌肉纤维，达到手术区域后放入适当大小的通道管来维持手术通道的张开。该系统管道牵开器的顶部及底部均可扩张，纵向和横向也可撑开，操作空间更大，可直视下操作，无需内窥镜，必要时甚至可以根据需要延长手术切口，完成两个节段的椎弓根钉内固定及椎间融合术，增加了手术的适应范围。其它基于扩张管原理的还有 Zimmer 公司的 Atavi 系统、Depuy 公司的 Pipeline Access 系统和美国 Stryker 公司的 Luxor 系统等。另外也有如 MaXcess 系统的非扩张管系统。

4. 微创 TLIF 术式的局限性：根据近年来国内外的报道，多数学者认为微创 TLIF 较之传统开放 TLIF 具有多方面的优点，是 TLIF 术式未来的发展方向。虽然微创 TLIF具有较短的学习曲线，但仍需手术者具备相当成熟的开放术式技术及经验，对于腰椎的三维解剖具有深刻认识。而且对于多个节段的腰椎融合，微创术式仍缺乏较为理想的解决办法，虽然目前 Quadrant 微创手术系统已能够通过延长切口实现两个节段的融合，但是对于 3 个甚至更多个节段的融合，开放术式依然是第一选择。

五、TLIF 内固定方式、融合材料及相关生物力学研究

1. TLIF 内固定方式及相关研究：内固定方式一直是TLIF 术式研究的热点之一，其具有很大的争议性。目前最广泛应用的内固定方式为单节段融合中应用双侧的椎弓根螺钉固定方式，此方式能够使脊柱在三柱上得到坚强固定，在最近 30 多年一直得到广泛地应用。但椎弓根钉置入过程中相关的椎旁软组织的广泛剥离、关节囊及关节面的破坏以及内置物本身对肌肉骨骼系统干扰所致的腰痛不断引起人们的关注，是造成术后不满意的重要原因。而坚强内固定过高的刚度加快了临近节段中远期的继发性退变，产生相应临床症状的可能性很高。随着脊柱微创手术的逐渐兴起，一些学者建议进行单侧椎弓根螺钉固定术，认为其具有减少创伤、缩短手术及住院时间、节省医疗支出等多种优点[34-36]。Kabins 等[34]首先报道了单侧椎弓根螺钉内固定术的临床应用后，国内外很多学者对单侧椎弓根螺钉固定术进行了临床应用和生物力学方面的研究和报道。McAfee 等[37]的研究认为过度坚强的脊柱内固定可造成植骨区的应力遮挡进而导致骨质疏松和移植骨的吸收，降低了融合率。一些学者提出单侧椎弓根钉内固定较双侧内固定减弱的强度可以减少融合区的应力遮挡效应，利于植骨融合，单侧固定用于腰椎融合的融合率与双侧固定基本相似[34,38]。但是，生物力学研究也显示出单侧椎弓根螺钉固定在稳定性上不如双侧椎弓根螺钉固定，前者只能提供后者一半水平的刚度，固定节段产生了更多的活动度，且出现了偏心的旋转活动。众多的学者也普遍认为，单侧固定对于多节段的固定融合以及部分非坚强固定的椎弓根钉并不适用，单侧固定应尽量避免应用于多节段固定融合，为了达到与双侧椎弓根钉内固定相似的稳定性，其应用必须掌握严格的适应证[35,39]。研究者进而提出了腰椎单节段的一侧椎弓根螺钉固定结合对侧经椎板的关节突螺钉固定，并通过尸体脊柱标本的生物力学研究，认为其稳定性与双侧椎弓根螺钉固定大致相同[40]。与椎弓根螺钉相比较，关节突螺钉固定的优势在于置入时的创伤更小，切迹更低，缩短了术后恢复时间。临床上关节突螺钉常见的有两种固定技术，经椎板关节突螺钉和经关节突的椎弓根螺钉。经椎板的关节突螺钉技术具有更高的技术难度，其手术危险性相对更高，有可能在穿过椎板到达关节突之前引起神经损伤。经关节突的椎弓根螺钉与经椎板的关节突螺钉相比具有操作简单、风险小、辐射少的优点，被认为更适合于经皮微创技术置入[41]。余可谊等[42]在 2012 年报道了一种一侧旁正中切口进行减压、TLIF、椎弓根螺钉固定，对侧进行经皮穿椎弓根的关节突螺钉固定的手术方式，认为其相比以往的方法更简单、创伤更小，同时固定强度满意。余可谊[43]也对单侧椎弓根螺钉、对侧不固定 ( unilateral pedicle screw，UPS )，单侧椎弓根螺钉固定＋对侧经皮关节突螺钉固定 ( unilateral pedicle screw＋contralateral facet screw，UPS＋CFS ) 及双侧椎弓根螺钉固定 ( bilateral pedicle screw fixation，BPS ) 三种内固定方式进行了计算机模拟有限元分析，认为 UPS＋CFS 的固定方式能提供术后早期足够的固定强度，与 BPS 相当的融合度及相似的稳定性，在屈曲方向上甚至具有更好的稳定性。

2. TLIF 内固定融合材料的相关研究：自腰椎融合术首次提出以来，取自体髂骨植骨融合一直被视为腰椎融合术的“金标准”。但自体髂骨以松质骨为主，其对于压力负荷的承受力不高，术后早期强度不够，即刻稳定性不足，常常发生术后植骨块的移位、融合失败等问题。髂骨取骨需要另外切口，延长了手术时间，增加患者的痛苦甚至有发生髂骨骨折的风险。同种异体骨也是选择之一，但其硬度仍然欠佳且来源有限，也有导致免疫反应或传染性疾病的风险，临床应用并不多见。自 Bagby 与 Kuslich 合作开发了 BAK 融合器[44]，人工椎间融合器结合自体骨进行融合得到了广泛的认可和应用。人工椎间融合器种类较多，根据外形结构可分为水平圆柱形、开放立方体形、垂直笼状、半月形等，但通常都具有以下结构特点：材料坚固、富有弹性；外部具有特殊结构利于本体与上下椎体间形成内部剪力；内部空心，外部结构有侧孔，利于植骨等。人工椎间融合器可通过这些特点来达到更佳的椎间高度、融合强度、稳定性，提高了融合率，众多学者也分别通过生物力学研究及临床研究对其进行了不断地探索和验证。Zdeblick 等[45]在他们的研究中将 BAK 系统应用于小牛脊柱，融合节段的稳定性明显高于未融合节段。金属螺纹融合器 ( threaded fusion cage，TFC ) 是 Ray[46]继 BAK 融合器后于 1989 年设计的，Tencer 等[47]将其用于小牛及人类的脊柱标本，认为其可以承受屈曲、背伸、侧弯及扭转多个方向的作用力，并且认为效果与置入融合器的数量和方向无关。Kettler 等[9]使用了三种人工椎间融合器[ MOON-cage ( 聚醚醚酮材料即 PEEK 材料 )，StrykerPLIF-cage ( PEEK 材料 ) 和 BAK-cage ( 钛合金材料 ) ] 在人体标本上以不同的方法进行融合并分别对比了各自的生物力学结果，得出了以下结论：植入 cage 后侧弯时脊柱的稳定性比屈伸时更高，而稳定性在旋转时最低。

作为最早出现的融合器，BAK 和 TFC 融合器在设计上也有不足之处，大号的融合器可以有效撑开椎间隙，植骨材料和终板接触面积较大有利于融合，但神经损伤的风险也随之增加；应用小号融合器神经损伤风险小，但稳定性与融合率却也出现下降。以 Brantigan 等[48]研制的一种矩形碳素纤维材质融合器为代表的开放立方形融合器在近年来的研究和应用较为广泛。与 BAK 融合器相比，其优势有：( 1 ) 矩形截面增加与终板的接触面积，更大的空心结构使植骨量增加，均利于植骨融合；( 2 ) 融合器固定结构对终板破坏少，且其与终板接触面积增大而减少的局部压强，降低了发生术后融合器下沉的可能性；( 3 ) 符合腰椎解剖的外形设计，更好地贴合了上、下终板，有效恢复和维持腰椎生理前凸。但其咬合力较 BAK 系统低，对椎弓根螺钉内固定系统的依赖性较高。另外，随着微创手术的发展出现了一类可通过小切口或管状撑开系统置入的可变形融合器，目前主要有应用记忆合金制成和通过安装工具实现扩张两种实现方式，少数如 B-Twin 融合器已经应用于临床[49]。制造材料也是人工椎间融合器的一个研究热点。目前常用的有金属 ( 主要是钛及其合金材料 )、碳素纤维 ( 与 PEEK 的复合材料 ) 及可吸收材料( PDLLA )，对它们的各种临床应用报道及生物力学研究也在不断涌现[50-52]。

六、前景和展望

TLIF 已有 30 余年的发展历史，各种研究和探讨均不断深化。在腰椎退行性疾病已成为脊柱外科主要关注点之一的今天，TLIF 的应用必将更加广泛和多样化。传统 TLIF 术式在正常生理环境下的生物力学研究仍有待开展，而且术后长期稳定性的相关研究成果仍然欠缺。随着医疗设备和技术的不断进步，人们对于医疗服务的要求越来越高，微创外科技术也将逐渐成为外科发展的主流，微创 TLIF 的应用与研究将越来越多。计算机辅助导航系统( computer aided surgery navigation system，CASNS ) 的应用可以减少微创 TLIF 操作时对肌肉的损伤，方便、准确及安全，但普及尚需时日。人工植骨替代材料如羟基磷灰石( hydroxyapatite，HA )、硫酸钙 ( calcium sulfate，CS )、骨形态发生蛋白 ( bone morphogene-tic proteins，BMPs ) 等也是融合术的研究方向之一，值得持续关注和探索。

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