皮质骨通道螺钉在腰椎疾病中应用的研究进展

马绪彪 综述 蒲 丹 秧茂盛 审校

(吉首大学骨科研究所运动与康复研究室，怀化 418000)

人口老龄化日趋严峻，伴有骨质疏松的脊柱退行性疾病患者逐年增加。椎弓根螺钉(pedicle screw，PS)固定系统优良的生物力学特性，利于维持脊柱正常序列、重建序列的稳定及促进融合，是脊柱疾病手术治疗的首选固定方式[1]。骨质疏松患者骨质大量丢失，导致PS固定稳定性下降，且置钉过程难以避免损伤神经血管，影响手术效果[2]。因此，如何确保骨质疏松患者椎弓根钉内固定的强度已成为脊柱外科领域的一项挑战。为解决上述临床问题，2009年Santoni等[3]提出皮质骨通道 (cortical bone trajectory, CBT)方案(可增加约30%的把持力)，并应用于腰椎椎弓根置钉。CBT螺钉一度成为研究热点。与PS不同，CBT螺钉由内向外倾斜置钉，最大程度接触皮质骨，具有把持力强、创伤小、并发症少、术中出血少及术后感染率低等优点[4]，具有广阔的临床价值及应用前景。本文就CBT螺钉在腰椎疾病中的应用进行文献总结。

1 腰椎CBT螺钉的生物力学及影像学研究

相比PS，CBT螺钉在生物力学方面似乎更具优势，当前基础研究主要侧重对CBT螺钉把持力、抗拔出力、扭矩和钛棒系统抗拔出力分析。Santoni等[3]通过生物力学实验对PS和CBT螺钉的稳定性进行比较，研究显示CBT螺钉轴向拔出力较PS增加30%，但在抗负荷性载荷方面无统计学差异。Ueno等[5]针对钉道因素还是螺钉类型导致2种螺钉固定强度差异这一问题，在猪腰椎标本上进行生物力学实验，结果表明无论哪种类型螺钉，CBT置钉拔出力均增大,同种钉道置钉，CBT螺钉拔出力未见明显增加，因此认为CBT螺钉固定强度主要受钉道影响而不是螺钉类型。Wray等[6]采用新鲜冰冻人体腰椎(L1～5)，将PS置入PS轨迹、PS置入CBT、CBT螺钉置入CBT，测量与轨迹有关的骨质量、拔出力和扭矩，结果表明无论在高骨质量组还是低骨质量组，2种螺钉置入CBT，周围骨质量均明显增加，证明CBT置钉是腰椎固定很好的选择，尤其在低骨质量患者中。

Baluch等[7]在离体脊椎(T11～L5)两侧椎弓根分别置入PS和CBT螺钉，进行拔出抗疲劳测试，结果显示CBT螺钉位移2 mm所需的循环数和轴向拔出力明显高于PS。Kojima[8]对222例脊柱退行性疾病进行腰椎CT扫描，结果显示CBT螺钉比PS皮质骨接触面积大，因而螺钉把持力及扭矩更大，同一患者双侧椎弓根分别接受PS和CBT螺钉后，生物力学分析显示CBT螺钉侧扭矩值高于PS侧。Matsukawa等[9]对48例PS和CBT螺钉置入扭矩测定，其中8例两侧椎弓根采取2种不同的置钉方式(H组)，CBT螺钉组置入扭矩为(2.49±0.99)N·m, PS组为(1.24±0.54)N·m，H组CBT螺钉侧为(2.71±1.36)N·m，PS置入侧为(1.58±0.44)N·m，结果显示CBT螺钉的置入扭矩比PS高约1.7倍。Perez-Orribo等[10]用尸体腰椎对比PS与CBT螺钉稳定性，进行不同状态下椎体活动范围(range of motion, ROM)比较，结果证明CBT螺钉可有效代替PS用于腰椎固定。Oshino等[11]对新鲜鹿腰椎标本植入PS和CBT螺钉行生物力学分析腰椎稳定性，8个方向的弯曲和左右旋转实验结果显示，CBT组弯曲试验ROM为1.8°～2.3°，PS组为2.2°～3.2°，左右旋转实验结果类似，2种螺钉固定ROM值及变化率并无显著差异性，CBT螺钉与PS固定具有相似的稳定性。Sansur等[12]用8例新鲜冰冻骨质疏松尸体的脊柱骨盆标本(骨密度T≤-2.5)进行抗疲劳测试，CBT螺钉固定在下腰椎的平均负荷显著增加，为PS固定提供一种可行的替代方案，特别是骨质疏松症患者。也有学者持不同意见，Akpolat等[13]在12个离体椎体上对CBT螺钉和PS出现位移所需循环载荷次数进行比较，结果显示CBT螺钉出现位移所需的循环载荷次数明显低于PS，PS出现位移需(3592±4564)周,CBT螺钉出现位移需要(84±24)周(P=0.002)，因此认为PS更稳定。

更有研究引入三维有限元模型分析CBT螺钉的置钉方案及效果。Matsukawa等[14，15]结合有限元模型分析20例腰椎[(62.1±20.0)岁]不同直径(4.5～6.5 mm)和长度(25～40 mm)CBT螺钉对固定强度的影响，指出CBT螺钉理想直径应>5.5 mm，长度应>35 mm。

在置钉失败后翻修的研究中，Calvert等[16]尸体标本生物力学实验的结果显示，CBT螺钉技术可用于PS置钉失败后的补救措施，同时PS也可用于CBT螺钉置钉失败后的补救性置钉，在相同节段置钉失败后的补救置钉中，2种螺钉强度、把持力均无明显差异性，CBT螺钉平均保持原螺钉拔出力的60%，PS螺钉平均保持原螺钉把持力的65%。

Matsukawa等[17]对17例成人峡部裂型腰椎滑脱(平均年龄54.6岁)进行CT扫描，建立峡部裂型腰椎滑脱有限元模型，将PS和CBT螺钉置入椎体模型，比较2组患者螺钉的轴向拔出力及施加模拟屈曲、拉伸、侧弯和轴向旋转力时的固定强度，结果显示在正常椎体CBT螺钉较PS抗拔出力提高23.5%，屈曲、伸展、侧向弯曲、轴向旋转时固定强度分别较PS增加36.4%、23.8%、17.4%、36.3%，但在滑脱椎体中CBT螺钉组在屈曲、伸展、侧向弯曲、轴向旋转时椎体固定强度较PS分别降低39.0%、35.6%、50.7%、59.3%，抗拔出力与PS无明显差异，因此认为CBT螺钉治疗峡部裂型腰椎滑脱效果较差。Cheng等[18]在8具新鲜冰冻尸体建立多节段轻度腰椎滑脱模型分析ROM，结果显示多节段解压后CBT螺钉固定能够提供与PS相同的稳定性。

2 腰椎CBT螺钉的临床研究

CBT螺钉用于临床病例可提高骨-螺钉界面强度,有创伤小、把持力强等优点，但其并发症也不容忽视。

2.1 进钉点及方向

CBT螺钉进钉点、方向及螺钉参数与PS有明显差异。PS是以关节突关节纵向中线与横突中线的交点为进钉点，进钉方向垂直于椎体冠状面，与椎体矢状面成5°～15°内聚角。CBT 螺钉进钉点为上关节突关节中垂线与同侧横突下 1 mm 水平线交点，进钉方向为左侧7点指向11～12 点方向、右侧5点指向12～1 点方向置钉，钉尾向外发散，外偏角度为8°～10°、向头端倾斜 25°～26°。不同腰椎节段螺钉参数有所不同，推荐螺钉直径>5.5 mm，长度>35 mm，置钉深度为36～39 mm[14,15,17,19]。

2.2 适应证及优缺点

相比PS，CBT螺钉具有较小直径、较短长度和更密螺纹特点[20,21]。此外，该技术体现微创及快速康复的理念，置钉时切口更小、更靠近中线、筋膜及肌肉组织剥离更少、术中出血少以及术后感染率、下腰背痛发生率低是CBT螺钉备受青睐的主要原因[22，23]。适应证：①增加螺钉和皮质骨的接触面，螺钉把持力、抗拔出力强，是骨质疏松患者脊柱固定融合更佳选择；②肌肉、组织剥离较少，适用于肥胖、糖尿病及腰背肌发达患者；③PS置钉后出现的邻椎病,避免暴露和移除之前的内置物；④PS置钉失败后的补救置钉；⑤需要腰椎融合固定的退行性疾病、创伤等。CBT螺钉除上述优势外，仍存在一定缺陷：①螺钉直径过大导致椎弓根骨折可能；②置钉过深可导致上位神经根损伤；③头倾角不足，可致下位神经根损伤；④螺钉头尾不在同一矢状面，增加钉棒连接难度；⑤技术出现时间短，开展初期X线下暴露时间长。

2.3 临床疗效

Sakaura等[24]对177例腰椎退行性滑脱行单节段后路解压植骨融合(posterior lumbar inter-body fusion, PLIF)，相比PS组，CBT螺钉组术后JOA评分明显改善(CBT组平均恢复率为64.4%，PS组为55.8%，P<0.05)、手术时间短(P<0.01)，此外，2组早期手术并发症(CBT组为7.4%，PS组为9.8%，P>0.05)及融合率(P=0.052)差异无显著性，远期有症状相邻节段退化情况，PS组发生率11.0%(9/82)，明显高于CBT螺钉组3.2%(3/95，P<0.05)。Lee等[25]采用随机对照研究对79例单侧退行性腰椎滑脱采用CBT螺钉或PS行PLIF， 随访1年2组融合率无显著性差异(CBT组92.1%，PS组87.2%，P=0.61)，CBT螺钉组手术时间(P=0.03)、出血量(P=0.04)、切口长度(P=0.03)均显著缩短/减少，体现微创的理念。李长虹等[26]报道52例骨质疏松性腰椎退行性疾病行PLIF， CBT组术中明显出血量少于PS组[(181.6±27.5)ml vs.(199.3±26.4)ml，P<0.05]。Gautschi等[27]阐述PLIF结合CBT螺钉的具体操作过程及优势，指出CBT螺钉与经皮PS有相同的优势，是一个更微创的选择。Takenaka等[28]报道119例行单节段PLIF，尽管CBT-PLIF组和PS-PLIF组术后融合率(P=1.000)无差异，但CBT-PLIF组出血量少(P<0.001)、椎旁肌肉损伤少(P<0.0001)、术后疼痛缓解迅速(P=0.036)。田乃锋等[29]比较CBT螺钉与PS固定在腰椎退行性病变肥胖患者(BMI≥ 28)的临床效果，CBT组18例，PS组20例，研究结果表明对腰椎退行性病变肥胖患者，两种治疗方式均可取得良好疗效，但肥胖患者采用CBT螺钉固定方法可以缩短手术时间(CBT组比PS组平均减少约 35 min，P<0.05)、减少术中出血风险(CBT组比PS组平均减少110 ml，P<0.05)且更微创(手术切口长度CBT组比PS组平均缩短3.7 cm，P<0.05)。Ninomiya等[30]应用CBT螺钉对22例进行腰椎后路融合，单因素分析结果显示CBT螺钉适用于严重退化的椎体。Mori等[31]随访32例单节段退行性腰椎滑脱接受CBT螺钉术后1年JOA评分明显改善[术前(12±4.9)分，术后1年(25±1.8)分]，未出现螺钉拔钉、椎弓根劈裂等情况，他们认为CBT螺钉技术可作为治疗腰椎退行性滑脱的置钉选择。Takata等[32]将PS和CBT螺钉联合置钉技术用于6例腰椎退行性滑脱，JOA评分明显改善，术前JOA评分平均15.5分，术后平均24.5分。Chen等[33]分析18例腰椎退行性病变接受CBT螺钉固定治疗，手术后VAS评分明显改善(P=0.004)。左如俊等[34]分析CBT螺钉与PS固定技术治疗腰椎管狭窄症短期临床疗效的差异，12例采用CBT螺钉，19例采用PS固定，术后1周腰痛VAS评分CBT组明显低于PS组[(2.08±0.67)分 vs.(3.21±0.97)分，P<0.05]，6个月腰痛VAS评分无统计学差异，随访6 个月2组均未见螺钉松动、断钉等并发症，认为腰椎管狭窄症需要减压融合时,CBT螺钉固定技术可与PS获得相似的临床效果,且CBT螺钉术后短期内腰痛更轻。Mai等[35]对180例采用CT扫描Hounsfield 值比较PS和CBT螺钉固定点骨密度(bone mineral density, BMD)，结果显示CBT螺钉优势明显，尤其在骨质疏松患者中CBT组钉道周围BMD增加73.4%，PS组增加20.8%。

Mullin 等[36]借助三维导航技术将CBT螺钉用于24例PS术后因骨质疏松、邻近节段腰椎间盘退化接受翻修手术和23例以往未接受手术者，共置入螺钉222颗，接受PS置钉手术患者翻修CBT螺钉置钉融合率为40%，未行手术治疗的患者一侧置入PS，另一侧置入CBT螺钉，双钉固定的成功率达70%。Rodriguez等[37]利用CT导航技术，将CBT螺钉用于5例腰椎PS融合术后有症状的邻椎病，在不暴露和移除先前内固定情况下，将直径5.5 mm CBT螺钉放置在先前融合节段两侧椎弓根，平均手术时间为218 min(175～315 min)，平均住院2.8 d(2～3 d)，无手术并发症，术后随访显示患者术前症状改善，影像学随访显示Lenke融合等级为A或B级。

Hung等[38]随访观察16例接受PS和16例接受CBT螺钉固定术后患者多裂肌萎缩及术后功能评分改善情况，CBT螺钉组术后多裂肌无明显萎缩及损失，而且较PS组术后脂肪浸润率明显降低，认为CBT螺钉腰椎融合术后，下腰痛发生率低、程度轻是因为CBT螺钉技术多裂肌损伤小以及术后脂肪组织浸润率低。彭俊等[39]采用PLIF治疗97例单节段腰椎退变性病变，其中51例用CBT螺钉，46例用PS，术后血清肌酸激酶(creatine kinase，CK)浓度评估肌肉损伤程度，CBT组术后血清CK浓度明显低于PS组[CBT组(209.7±85.4)U/L，PS组(449.3±177.2)U/L，P<0.05];术后48 h内使用镇痛药物CBT组35例(68.6%),PS组46例(100%)，有明显统计学差异。Chin等[40]将60例腰椎退行性病变分为2组，30例采用CBT螺钉在门诊手术中心开展手术，30例采用PS固定，随访2年显示CBT组VAS背部疼痛评分[CBT组术前(7.8±0.5)分，术后(2.5±0.7)分，PS组术前(7.2±0.6)分，术后(5.9±0.8)分]、腿痛评分[CBT组术前(4.2±0)分，术后(0.2±0.2)分，PS术前(5.0±1.7)分，术后(1.9±1.1)分]改善明显，认为门诊开展的CBT螺钉固定手术较住院施行的PS技术更具优势，体现快速康复理念。

2.4 技术改良

有学者将CBT螺钉技术进行改良,为解决椎小关节突退变及严重侧凸或滑脱患者进钉点的问题。Iwatsuki等[41]提出椎弓根峡部引导的CBT螺钉固定技术，这种方法的进顶点位于椎弓根峡部外侧缘向内3 mm和椎间孔上缘，提高了置钉准确性，降低了神经根损伤、骨折等并发症，但该方法的钉道较短、皮质骨接触减少，因此,稳定性稍差。Mizuno等[42]提出腰椎中线融合的概念，并应用于12例单节段腰椎滑脱，该技术主要包括后正中小切口、微创椎板减压及CBT螺钉固定，单一入路同时减压融合，取得了较好的手术效果。Orita等[43]提出经皮CBT螺钉固定技术，该技术对经皮PS工具进行改良，对经皮CBT螺钉及经皮PS的临床效果进行比较，结果显示经皮CBT螺钉具有手术切口小、肌肉损伤小、临床疗效好等优点。

2.5 并发症

尽管CBT螺钉前景可观，但临床实际应用过程中仍存在风险及术后并发症，包括内固定失败、椎弓根劈裂、假关节和硬脊膜的撕裂等。Snyder等[44]随访观察79例腰椎退行性病变接受CBT螺钉术后并发症，术后近、远期并发症发生率为8.9%，主要为内固定失败、假关节、深静脉血栓、肺栓塞、硬膜下血肿和切口感染，但指出并非置钉错误引起相关并发症。Patel等[45]指出CBT螺钉技术早期并发症主要为术后螺钉松动、术中关节突骨折、硬脊膜破损及椎弓根劈裂。Glennie等[46]报道8例腰椎退行性疾病接受CBT螺钉固定，出现螺钉松动(2例)、复位丢失(4例)等现象，术后1年2例进行翻修，原因归结于邻近节段退化(1例)、假关节形成(1例)。

3 小结

CBT螺钉作为新技术，因置钉通路与传统PS技术的差异性，使其在临床实际应用的开展难以如意，关于螺钉置钉点、方向及角度、螺钉直径及长度、减压范围，需要临床不断地摸索改进。虽然一些相关的生物力学及临床研究表明该技术的优势，但该技术出现时间尚短，还未有远期疗效随访的相关文献报道，远期融合率及并发症仍需大样本量及长期随访。