椎弓根钉棒系统应用于青少年特发性脊柱侧弯的治疗现状

李伟剑 陆晓生

【关键词】 脊柱侧弯;椎弓根钉;并发症

中图分类号：R726.8   文献标志码：A   DOI：10.3969/j.issn.10031383.2019.02.018

脊柱侧弯是一种常见的脊柱畸形疾病，临床表现为Cobb>10°，并伴有矢状面上的生理弯曲改变及水平面上的椎体旋转[1～2]。脊柱侧弯病因复杂多样，以青少年特发性脊柱侧弯（adolescent idiopathic scoliosis AIS）最为常见，人群中发病率为2%～3% [3]，主要影响患者外观形态、心肺功能，严重者可伴有脊髓神经功能障碍，甚至危及生命。尽管脊柱侧弯只影响较小比例的人口数量，但治疗对于患者及家属来说却显得非常困难。AIS目前主要的治疗方法包括保守治疗和外科干预，尽管经过积极的保守治疗，但大部分严重的或进展型AIS患者最终仍不得不接受手术治疗。椎弓根钉棒系统因为其通过脊柱三柱能达到畸形的有效矫正，获得稳定固定，而且长期随访临床效果满意，已成为目前越来越流行的脊柱侧弯矫正内固定方法[4]，但同时也存在操作复杂，置钉技术要求高，学习曲线长，潜在并发症多等缺点。笔者就椎弓根钉棒系统在AIS手术矫正的治疗现状综述如下。

1 椎弓根钉的矫正效果

1959年由Boucher[5]使用椎弓根螺钉用于腰骶椎的融合固定获得良好效果。经过众多学者改良设计，直到1993年，椎弓根螺钉的使用才得到北美脊柱协会的认可。此后，以椎弓根螺钉为基础的内固定系统不断被开发，逐渐取代了Harrington系統、椎板下钢丝、CD系统等内固定方法。成为目前脊柱侧弯矫形的主流方法。Kim等[6]报道了一项关于52例AIS患者对比椎弓根钉棒系统与节段性多钩系统的配对研究，结果显示椎弓根钉棒组获得术后即刻矫正率更有优势，而且，经过两年随访后，两组的矫正丢失率无显著性差异。虽然采用椎弓根钉棒技术费用更高，但在手术时间、术中出血量及术后固定脊椎近、远端功能性改变均无差异，无术后神经相关并发症及肺功能改变的发生。OhrtNissen等[7]也发现，相比于节段性多钩系统或混合器械，椎弓根钉棒系统有更高的冠状位Cobb角矫正率，但术后胸椎后凸曲线明显降低。类似的结果也被其他学者报道[8～9]。术后胸椎后凸不足或减少可能与矫形棒材料、直径及置钉数等有关。Luk等认为节段性多钩器械术后随访终末期胸椎后凸增加是由于钩类器械选择性锚定在脊椎后部，而未覆盖椎体，因此钩类器械会遵循脊柱的自然行为，允许脊柱自然地正常化（胸椎生理性后凸）[10～11]。Luo等[12]报道的一项关于AIS术后胸椎后凸相关因素的皮尔森相关系数分析提示主弯凹侧椎弓根钉的数量可能与术后胸椎后凸角呈正相关，因为更多的螺钉可能提供更强的矫正力。而Shen等[13]以每椎体水平161个椎弓根钉为界设计比较高密度和低密度置钉对AIS术后胸椎后凸的影响，结果两组间并无显著差异，但低密度组更少的椎弓根钉植入减少了手术时间、术中出血量及内固定物的费用。Liu等[14]也得出同样的结果，同时发现更高刚度的矫形棒有利于胸椎前凸或后凸不足的改善。相较于节段性多钩系统等其他矫正器械，椎弓根钉棒系统提供AIS更高的冠状面矫正率，在术后矫正丢失率也更有优势，但椎弓根钉也有使胸椎后凸减少的趋势。

2 椎弓根钉的相关并发症

纵然椎弓根钉技术为脊柱侧弯的矫正带来了突破性的进展，尤其在冠状面的矫正率及丢失率都较其他内固定器械更有优势，但同时也存在一些不足，椎弓根的解剖结构特性使得椎弓根钉几乎只有一条理想的植入通道，尤其上胸椎及颈椎椎弓根直径较小，增加了置钉难度，因而该部位椎弓根钉的应用尚存在争议。另外，脊柱侧弯患者的凹侧椎弓根直径也较凸侧偏小[15]，同时可伴有椎体旋转[16]，这对矫形医师的技术要求是较高的。且凹侧椎弓根更贴近椎管内组织，椎弓根钉向内侧穿孔则极易损伤神经根或硬脊膜;而椎弓根钉向前穿孔则潜在损伤大动脉、胸膜、胰腺等组织器官;螺钉的植入不当亦可引起椎弓根骨折[17～21]。Chan等[22]利用CT平扫的方法评价了137例AIS患者共1986枚椎弓根钉的穿孔情况，除去向外侧穿孔，总的穿孔率为8.4%。按照Gertzbein和Robbins穿孔分级[23]，危险穿孔率为1.5%;其中危险的向中间穿孔主要发生在主胸弯凸侧及上胸椎和主胸弯移行处，而危险的向前方穿孔主要发生在上胸椎凹侧及上胸椎和主胸弯移行处。Uehara等[24]研究发现椎弓根钉穿孔可增加螺钉松动的风险。另外，螺钉的松动发生位置与至上端或下端固定椎的距离有关，上端或下端固定椎及其邻近椎体植入的椎弓根钉更易发生松动。螺钉的松动可能导致螺钉断裂及渐进性的后凸畸形。因此，当穿孔发生在上端或下端固定椎时，螺钉松动的风险就会变得复杂化。Uehara发现下端固定椎发生松动的螺钉其直径大部分为4.5 mm或更小，因此，他们建议适当延长融合节段以利于5 mm螺钉的植入。椎弓根钉棒系统虽然能提供良好的矫正效果，但潜在椎弓根钉穿孔、松动等并发症，对术者有较高的经验及技术要求。

3 椎弓根钉植入辅助技术

为了提高椎弓根置钉准确性、安全性，一些计算机辅助导航技术如术中CT成像导航、3D打印技术等被学者们引入试图减少椎弓根钉并发症。Zhang等[25]通过67位AIS患者共492枚椎弓根钉分析比较了术中O臂成像导航与术前基于CT成像导航的置钉准确性和有效性，结果显示，根据Gertzbein穿孔分类标准，术中O臂成像导航组在顶锥区域的安全置钉位置准确率明显高于术前CT导航组，并且减少了螺钉向中间穿孔的发生率，增加顶锥区域可置钉数量。因为术前CT成像导航系统繁琐的术中注册过程，需要较长的图像配准时间。Macke等[26]利用机器人辅助技术用于AIS患者的椎弓根钉植入，发现术前俯卧位CT平扫联合机器辅助植入椎弓根钉可提高胸椎置钉准确率及安全性。因为术前俯卧位更接近手术操作时的体位，可降低体位改变引起的椎弓根相对位置变化。刘亚明等[27]则比较了O臂导航系统和C型臂X线机辅助置钉的效果差异，两组在术后即刻及终末随访期均得到较好的冠状面Cobb角矫正率，差异无统计学意义，但O型臂导航辅助系统尤其在上胸椎和中胸椎提供更高的置钉准确率，因为相比于C型臂X线机，O型臂导航系统能获得更高质量的三维CT图像。

影像導航技术的应用固然提高了椎弓根的置钉准确率和安全性，但同时引起的电离辐射对患者的影响是不可轻视的。进展型的AIS通常以女性患者多见，由于随访观察以及矫正手术中行CT扫描或透视检查增加了患者的射线暴露，另外，相比于成人，仍处于生长阶段的青少年对电离辐射更为敏感[28]，由此导致了AIS女性患者更高的乳腺癌患病风险[29～30]。Presciutti等[31]测量比较了不同治疗决策（手术治疗、治具固定、随访观察）对AIS患者辐射暴露量的差异。结果显示手术组较其他两组的辐射量明显增加，而且手术组的辐射量（78%）主要归因于矫形术中的透视或CT扫描。可见术中影像导航技术所产生的电离辐射是不容忽视的。

3D打印技术的应用也在脊柱侧弯矫形手术植入椎弓根钉过程中发挥很大的作用。利用3D打印技术可在术前通过三维CT重建在MIMICS软件上建立患者脊柱三维模型，从模型中获得椎弓根钉进钉点、进钉深度、进钉轴线等参数;并通过椎板后部结构建立反向模板，可进一步增加置钉准确性及安全性[32]。Garg等[33]比较了3D打印技术与徒手置钉在AIS矫形术的安全性及有效性，结果显示3D打印组较徒手置钉组有更低的危险穿孔率以及更少的置钉时间。另外，借助3D打印技术时，不用像术中X线检测那般反复透视，可减少术中患者及术者射线摄入量，缩短手术时间，但也在一定程度上增加了患者费用。

综上所述，椎弓根螺钉技术应用于AIS的矫正达到了显著的效果，但仍存在技术要求高、学习曲线长、潜在并发症多等缺点。计算机辅助导航技术无疑为椎弓根安全置钉提供了帮助，同时也存在增加患者和术者辐射暴露、费用高等不足。因此，仍有必要研发一种操作简便、安全有效、能够向基层推广的矫正方法或辅助置钉技术。

参 考 文 献

[1] Goldberg CJ，Moore DP，Fogarty EE，et al.Scoliosis：a review[J].Pediatr Surg Int，2008，24（2）：129144.

[2] Kim HJ，Blanco JS，Widmann RF.Update on the management of idiopathic scoliosis[J].Curr Opin Pediatr，2009，21（1）：5564.

[3] Negrini S，Donzelli S，Aulisa AG，et al.2016 SOSORT guidelines：orthopaedic and rehabilitation treatment of idiopathic scoliosis during growth[J].Scoliosis Spinal Disord，2018，13：3.

[4] 黄紫房，杨靖凡，杨军林，等.凸侧旋棒与凹侧旋棒矫正Lenke I型AIS至少2年随访效果评估[J].中国矫形外科杂志，2016，24（13）：11531157.

[5] Boucher HH.A method of spinal fusion[J].J Bone Joint Surg Br，1959，41b（2）：248259.

[6] Kim YJ，Lenke LG，Cho SK，et al.Comparative analysis of pedicle screw versus hook instrumentation in posterior spinal fusion of adolescent idiopathic scoliosis[J].Spine （Phila Pa 1976），2004，29（18）：20402048.

[7] OhrtNissen S，Hallager DW，Karbo T，et al.Radiographic and Functional Outcome in Adolescent Idiopathic Scoliosis Operated With Hook/Hybrid Versus AllPedicle Screw InstrumentationA Retrospective Study in 149 Patients[J].Spine Deform，2017，5（6）：401408.

[8] Yilmaz G，Borkhuu B，Dhawale AA，et al.Comparative analysis of hook，hybrid，and pedicle screw instrumentation in the posterior treatment of adolescent idiopathic scoliosis[J].J Pediatr Orthop，2012，32（5）：490499.

[9] Lowenstein JE，Matsumoto H，Vitale MG，et al.Coronal and sagittal plane correction in adolescent idiopathic scoliosis：a comparison between all pedicle screw versus hybrid thoracic hook lumbar screw constructs[J].Spine （Phila Pa 1976），2007，32（4）：448452.

[10] Luk KD，Cheung WY，Wong Y，et al.The predictive value of the fulcrum bending radiograph in spontaneous apical vertebral derotation in adolescent idiopathic scoliosis[J].Spine （Phila Pa 1976），2012，37（15）：E922926.

[11] Luk KD，Vidyadhara S，Lu DS，et al.Coupling between sagittal and frontal plane deformity correction in idiopathic thoracic scoliosis and its relationship with postoperative sagittal alignment[J].Spine （Phila Pa 1976），2010，35（11）：11581164.

[12] Luo M，Jiang H，Wang W，et al.Influence of screw density on thoracic kyphosis restoration in hypokyphotic adolescent idiopathic scoliosis[J].Bmc Musculoskeletal Disorders，2017，18（1）：526.

[13] Shen M，Jiang H，Luo M，et al.Comparison of low density and high density pedicle screw instrumentation in Lenke 1 adolescent idiopathic scoliosis[J].Bmc Musculoskeletal Disorders，2017，18（1）：336.

[14] Liu H，Li Z，Li S，et al.Main thoracic curve adolescent idiopathic scoliosis：association of higher rod stiffness and concaveside pedicle screw density with improvement in sagittal thoracic kyphosis restoration[J].J Neurosurg Spine，2015，22（3）：259266.

[15] Liljenqvist UR，Link TM，Halm HF.Morphometric analysis of thoracic and lumbar vertebrae in idiopathic scoliosis[J].Spine （Phila Pa 1976），2000，25（10）：12471253.

[16] Hicks JM，Singla A，Shen FH，et al.Complications of pedicle screw fixation in scoliosis surgery：a systematic review[J].Spine （Phila Pa 1976），2010，35（11）：E465470.

[17] Senaran H，Shah SA，Gabos PG，et al.Difficult thoracic pedicle screw placement in adolescent idiopathic scoliosis[J].J Spinal Disord Tech，2008，21（3）：187191.

[18] Floccari LV，Larson AN，Stans AA，et al.Delayed Dural Leak Following Posterior Spinal Fusion for Idiopathic Scoliosis Using All Posterior Pedicle Screw Technique[J].J Pediatr Orthop，2017，37（7）：e415e420.

[19] Sariyilmaz K，Ozkunt O，Sungur M，et al.Esophageal Perforation Caused by a Posterior Pedicle Screw：A Case Report[J].J Pediatr Orthop，2017，37（2）：98101.

[20] Ogura Y，Watanabe K，Hosogane N，et al.Acute respiratory failure due to hemothorax after posterior correction surgery for adolescent idiopathic scoliosis：a case report[J].BMC Musculoskelet Disord，2013，14：132.

[21] Kato S，Lewis SJ.Temporary Iliac Fixation to Salvage an Acute L4 Chance Fracture：Following Pedicle Screw Fixation for Adolescent Idiopathic Scoliosis[J].Spine （Phila Pa 1976），2017，42（5）：E313e316.

[22] Chan CYW，Kwan MK.Zonal differences in risk and pattern of pedicle screw perforations in adolescent idiopathic scoliosis （AIS）：a computerized tomography （CT） review of 1986 screws[J].Eur Spine J，2018，27（2）：340349.