腰椎经椎板关节突螺钉内固定术的应用进展

谭家昌 郑 立 赵劲民

(广西医科大学再生医学中心，南宁市 530021)

1984年，Magerl[1]在脊柱外固定支架固定术中首先报道了椎板关节突螺钉固定技术(translaminar facet screw fixation，TFSF)，即将螺钉从一侧棘突基底部经过对侧椎板及下位关节突关节和横突基底进行固定。Grob等[2]于1998年借助特殊的工具，首次报道了经皮微创置入椎板关节突螺钉。与传统椎弓根螺钉固定技术相比，TFSF操作简单易行，不破坏脊柱稳定性，手术时间短、创伤出血少，而且费用低廉；尤其在腰骶关节，TFSF具有独特的优势，是后路除椎弓根螺钉内固定术以外的又一安全可靠的技术。近年来，随着影像诊断技术的改进和CT导航技术的发展，以及微创腰椎椎间融合术的广泛开展，TLSF朝着微创化、精准化方向快速发展。现从解剖基础、力学性能、置钉方法、临床效果及手术指征方面作一综述。

1 解剖基础

腰椎关节突呈矢状位排列，方向向上向外，为了垂直固定关节突关节，螺钉方向应向下外并向前倾斜。腰椎的椎管面积逐渐增大，椎板内侧面和硬膜囊间隙较宽，只要螺钉不完全穿破椎板，手术安全性仍较高。关于腰椎椎板解剖数据测量的报道较多，其结果各异。Lu等[3]测量了30具腰椎干燥尸体标本，结果显示腰椎的椎板长度和外倾角度从上到下依次增加，尾倾角逐渐减少，故建议在 L1～5节段螺钉方向外倾40°～50°、尾倾45°～60°，而在L5/S1节段，螺钉方向为外倾50 °～55°、尾倾35°～40°；可选用直径4.5 mm皮质骨螺钉，长度40～60 mm之间。殷渠东等[4]选用40具(防腐保存20具、干燥20具)成人腰椎脊柱标本，用游标卡尺及量角器测量钉道的方向和长度，同样发现在T12L1钉道与尾侧成角为38°，在L5S1钉道与尾侧成角55°，从上往下度数逐渐增加，但是钉道向前成角维持在26°～31°之间。考虑到国人骨骼相对较小，因此他们建议螺钉的直径应在3.5～4.5 mm、螺钉的长度在35～45 mm。造成上述测量结果差异的原因，除了不同种族及个体差异外，还与人工操作误差及选用不同的测量点有关。这为减少测量误差，并且为经皮椎板关节突螺钉的置入及定位装置的设计提供了解剖学依据。陆声等[5]通过X线平片及CT分别测量椎板的下倾角和内倾角，椎板上下缘的厚度和关节突螺钉的长度则使用游标卡尺及量角器测量，结果显示从上到下腰椎椎板的厚度和内倾角逐渐增加，椎板下倾角依次减小。选用的螺钉长度逐渐增加，从36～51 mm，如果椎板的厚度小于45 mm，建议不用。有学者[6-7]完全通过影像学测量，术前即获得个体化的数据，从而精准的预测椎板关节突螺钉的长度和走行。与骨骼测量相比，他们认为影像学测量操作性更简单、数据更精准，更有利于个性化的手术指导，并且不受尸体标本的限制，从而有利于开展大样本的实验研究和流行病学调查。

2 力学性能

传统观念认为，在生物力学性能上具有三柱固定效果的椎弓根螺钉明显优于关节突关节螺钉，加上其特有的撑开和提拉复位作用，使椎弓根螺钉被广泛应用于脊柱骨折脱位、畸形和退行性疾病的治疗。但是，越来越多的研究发现，对于非创伤性疾病而言，关节突关节螺钉具有与椎弓根螺钉相同的固定效果[8-9]。关节突关节作为脊柱椎间唯一的真正活动关节，载荷力部分通过小关节，而直接固定关节突关节的内固定器械力臂非常短。因此，只需要强度很低的内植物，即能满足固定要求、提高骨融合率[8]。Heggeness等[9]采用反复屈曲载荷试验发现，经椎板关节突螺钉固定后，相比于非固定组，出现恒定的移位屈曲载荷需增加9倍；重复5 000次(4 s/次)屈曲载荷的作用后，内固定的强度只有轻微的减少。由于前路腰椎椎间融合(anterior lumbar interbody fusion，ALIF)可以完整的保留后路椎板、关节突，因此非常适合行椎板关节突螺钉辅助后路内固定。虽然有研究[10]认为与单纯的前路椎间融合器固定相比，额外增加的后路椎板关节突螺钉固定仅增加了脊柱后伸方面的稳定性。但更多的尸体标本生物力学实验[11-13]表明，单纯的前路椎间融合器稳定效果有限，其增加后路椎板关节突螺钉固定后，脊柱屈伸及旋转方面的稳定性与椎弓根螺钉固定的效果相当。临床上对伴有下肢神经症状的退行性病变患者，常需要减压去除部分椎板和关节突，这其中以经椎间孔腰椎间融合术(transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF)最为常用。至于经椎板关节突螺钉固定是否同样适用，Harris等[14]采用5具新鲜冷冻人体尸体测试L4～L5单节段TLIF并结合三种不同的方式进行固定的稳定性，其结果为：单侧椎板关节突螺钉固定较完整的脊柱旋转性增加了150%，单侧椎弓根钉固定增加了82%，双侧椎弓根螺钉固定基本接近正常的脊柱，其稳定性最好。为了解决单侧椎板关节突螺钉固定强度的不足，有学者尝试采用非对称性的单侧椎弓根螺钉+对侧椎板关节突螺钉组合固定。Luo等[15]在24具猪标本上比较了单节段L3～L4TLIF结合三种不同内固定方式在短期和长期重复循环压载试验中对腰椎活动幅度的影响，在各个运动方向的稳定性方面，单侧椎弓根螺钉+经椎板关节突螺钉固定组与双侧椎弓根螺钉固定组相当，而单侧椎弓根钉固定组运动幅度和对侧关节突移位程度明显增加。Slucky等[16]在7具新鲜冰冻尸体标本上也发现单侧钉棒的固定强度是以上两种固定方式的50%，旋转稳定性更差，明显不利于脊柱的早期稳定和融合。针对双节段固定，无论是尸体标本测试[17-18]还是三维有限元分析[19]，都显示椎间融合结合后路双侧经椎板关节突螺钉固定或者是非对称组合式固定，除了侧方屈曲稍显不足，其强度均与椎弓根螺钉固定相似，但对邻近节段的应力影响更少。虽然目前尚无法确定腰骶融合所需要的最佳固定强度，但现有的力学实验表明，在前柱完整或者获得良好重建的前提下，后路椎板关节突螺钉固定可获得可靠的力学稳定性。

3 置钉方法

早期的椎板关节突螺钉置入技术均为切开显露后直视下操作，虽然技术的改进逐渐发展为小切口置钉，但由于缺乏专用的工具，为了能准确地置钉，仍需要充分显露后侧的骨性结构，加上其力学方面的欠缺，大大影响了广大医生对此项技术的开展。Grob等[2]于1998年报道了自行设计的特殊工具，并使用它成功进行了经皮微创置入椎板关节突螺钉，文中对操作的技术细节和相关临床资料没有详细说明。随后，Jang等[20]填补了这一空白，他们设计出一种更小巧的导向器，借助于此专用工具微创置入椎板关节螺钉，术后CT扫描显示18例患者的所有螺钉位置良好。但此导向器只有三种不同角度(25°、30°和35°)的工作通道，不能根据术前测量的椎板外倾角的变化进行个体化调整，加上器械没有商品化，因此临床上并未推广应用。随着影像技术的发展，有学者[21-24]尝试借助透视或CT引导下经皮置入椎板螺钉。Phillips等[21]在3具尸体标本上于L3～S1置入18枚椎板螺钉， 先在一侧直视下置钉并透视获得安全置钉的正位、侧位、45°斜位和出口位片的影像参数，然后根据以上参数进行透视监测下经皮置钉，最后切开显露进行螺钉位置的评价。据此他们提出了透视引导下置钉的影像标准。Shim等[22]对Magerl螺钉技术进行了改良，描述了一种新的经椎板关节突椎弓根螺钉技术，并在透视引导下经皮置入。通过术前行轴位MRI或CT检查以评估螺钉外倾角和皮肤进钉点，并测量进钉点距离中线的距离。术中透视正位片，根据上位椎体椎弓根部与下位椎体对侧椎弓根影外上象限的连线确定下倾角，在侧位片上钉道应朝向椎弓根的后1/3区域。虽然此项技术极大地简化了操作流程并减少了透视次数，但仍受到透视质量的制约，术中无法获得椎体横断面的图像，对外倾角的把控也不够精确。CT引导下经皮置钉解决了以上的不足，位置更加精确，还可以局麻下操作，但由于需要特殊的设备，现有的报道[23-24]均为经前路椎间融合器植骨后，二期在放射室进行穿刺置钉，患者所受的辐射相对也更大，临床上并未得到普及。随着影像技术的改进和各种导航技术的不断发展，导航下置入椎弓根螺钉已有大量相关的报道。Sasso等[25]在尸体标本上进行了CT导航下经皮置入椎板关节突螺钉，并且提出了椎板螺钉的术后评价分级标准。为了减少多次注册匹配的繁琐过程以及患者体位变化和操作过程中相对位移造成的匹配精度误差，Togawa等[26]采用微型机器人辅助导航下在尸体脊柱标本上经皮微创置钉，结果显示大部分螺钉置入偏差均不超过1.5 mm。他们认为，导航引导下置钉具有准确性高、安全性好、辐射少等优点。但也应该看到，导航技术还存在准备工作复杂、操作时间长、医疗设备昂贵等一系列亟待解决的问题。

4 临床应用指征及效果

现有的研究发现，在有生物力学稳定的前柱前提下，TFSF技术最适用于1～2个节段融合的患者，其主要应用于脊柱退行性变需要后路融合以稳定脊柱提高植骨融合率、椎间前后路重建后的附加稳定、腰椎单侧钉棒固定后为对侧提供进一步的稳定。使用椎板关节突螺钉必须有完整的后柱骨性结构，如先天性后方结构缺损(椎板、小关节和棘突)或者手术中需要行双侧广泛减压的患者不能使用该方法。其不适合于峡部裂滑脱、腰椎Ⅱ度或以上滑脱、严重侧、后凸畸形、严重骨质疏松、前柱缺损者[2，27]。

TFSF技术作为一种辅助性增强固定，最早由Magerl[1]报道用于治疗胸腰椎骨折。也有学者[28]采用单侧椎弓根螺钉联合对侧椎板关节突螺钉治疗30例胸腰椎骨折患者，随访5～24个月，椎体前缘高度矫正丢失为3.4%，认为可增加固定的稳定性并减少矫正丢失。但这些应用并没有得到普及，临床上更多用于下腰椎及腰骶部的后路固定融合术，早期主要用在后外侧腰椎融合术，以增强稳定性并提高融合率。

Jacobs等[29]和Reich等[30]分别对43例和61例患者进行腰骶部后外侧融合，并加以经椎板关节突螺钉内固定，结果显示融合率为91%～98.4%，93%以上的患者效果满意，无神经并发症。Aepli等[31]报道了一项大样本病例(共476名患者)的长期随访结果，并对预后良好的原因进行多因素logistic回归分析，经过术后平均10年(2～20年)的随访，74%的患者仍获得良好的结局，术前椎间隙高度<80%是影响预后的最显著的独立因素。随着腰椎体间融合技术的广泛开展，椎板关节突螺钉技术以其创伤小、费用低、可以经皮置入的优点受到越来越多临床医师的青睐。Jang等[32]报道了84例前路椎间融合器植骨(ALIF)后路经皮椎板关节突螺钉与椎弓根钉内固定的回顾性对比研究，经过平均2年的随访，融合率分别为95.8%和97.5%，两者临床效果无明显差别。Shim等[22]采用后路透视下经皮椎板关节突螺钉固定技术治疗20例下腰椎退行性病例，10个月以上随访融合率为100%。但临床报道的融合率并不一致，Anjarwalla等[33]术后采用薄层CT扫描发现，ALIF结合后侧椎板关节突螺钉与双侧椎弓根钉内固定的融合率分别为58%和88%。经椎间孔入路椎体间融合(TLIF)由于需切除一侧关节突关节，通常只能作一侧椎板关节突螺钉。虽然也有作者[34]采用双侧置钉的成功报道，但临床上绝不应该为了保存骨质方便固定而致减压不彻底。为了增加稳定性，有学者[35-38]采用非对称性的单侧椎弓根螺钉+对侧椎板关节突螺钉组合固定方式用于单节段和两节段融合固定，效果显著，而且减少了组织损伤和医疗费用。

微创经椎板关节突螺钉固定术是一种性价比高、安全可靠的用于腰椎、腰骶部后路稳定的固定方式，操作简便、损伤小，融合率和临床效果与椎弓根螺钉系统相似。该技术最适用于1～2个节段融合的患者，患者需要有生物力学稳定的前柱和相对完整的后柱骨性结构(椎板、小关节和棘突)。随着脊柱微创技术的发展，通过设计特殊的引导装置和影像导航下辅助，可以更加微创地经皮置入螺钉，具有广阔的发展前景。

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