青少年特发性脊柱侧凸外科治疗技术的新进展

苏东岳 周先虎(通讯作者)

(1 天津市红桥医院 , 天津 300000 ; 3 天津医科大学总医院骨科 )

青少年特发性脊柱侧凸(Adolescents Idiopathic scoliosis，AIS)是最常见的儿童脊柱侧凸。脊柱侧凸是常见的脊柱三维畸形，定义为冠状面上脊柱的侧方弯曲，常伴有不同程度的脊柱旋转。通常,以弯曲≥10°(通过Cobb角测量法)来界定脊柱侧凸[1-2]，患病率约为1%-3%，主要发生在10-18岁的个体中，AIS的诊断需排除其他类型的脊柱侧凸，迄今AIS病因尚不明确，理论上包括激素原因、不对称生长、肌肉不平衡和遗传因素。近30%的AIS患者家庭成员患有脊柱侧凸。治疗选择包括保守治疗、支撑治疗或手术干预治疗[3-4]。

儿童和青少年特发性脊柱侧凸的自然史和进展的风险取决于几个因素，包括骨骼成熟度、性别、曲线类型和曲线的大小。在青少年发育过程中需要常规的影像学检查来监测畸形的进展，全脊柱站立位片是传统的参考标准。当脊柱侧凸在保守治疗下仍有进展，需要手术干预时，目标应是矫正畸形，防止曲线进展，恢复躯干对称性和平衡，尽量减少疼痛和发病率[5]。AIS是一种复杂的脊柱和骨盆三维畸形[6]，在过去的几十年里，外科手术器械和技术得到了快速的发展。1962年Harrington报道了首套有效治疗脊柱侧凸的内固定系统, 成为治疗AIS的标准模式，其后都是基于此发展而来，1976年Luque采用多节段椎板下钢丝拉紧“L”棒矫正脊柱侧凸畸形。1984年CD(Cotrel和Dubousse)系统的出现不仅在器械上有所改进，也为脊柱侧凸治疗提出了三维矫形的理论[3-4]，然而，对于有大量剩余生长潜力的低龄儿童来说，挑战在于无法可靠地估计曲线的进展情况，从而限制了融合手术的应用。在过去的10年中，随着各种新的机器人辅助技术、生长调节技术和非融合手术技术的出现，使AIS患者的手术治疗取得了长足的进步。本文总结了近10年来儿童和青少年特发性脊柱侧凸外科治疗的新技术。现就研究综述如下。

1 机器人辅助椎弓根置钉技术:传统透视引导椎弓根内固定螺钉置入准确度不高，容易导致严重的手术并发症[8-9]。螺钉的误置一般发生在脊柱解剖结构有改变时，如结构性侧弯、发育畸形及严重退行性改变导致骨性标志不清。在这些情况下，常规的“标准化置钉”将显得比较困难[10]。尤其在AIS中，由于年轻患者的年龄和胸廓位置，椎弓根的直径较小，特别是椎弓根的松质通道常在上、中胸廓曲线的凹陷处，特别是在伴有严重胸段畸形的AIS患者中，由于椎弓根狭窄、发育不良，且脊髓直接与椎弓根管壁接触，椎弓根螺钉误置对血管和神经结构的损伤尤为严重[13-14]。在AIS中使用椎弓根螺钉的一个主要问题是椎弓根螺钉误置的发生率明显高于成人脊柱畸形。为了降低手术并发症及提高手术成功率，机器人辅助技术应运而生。为了解决椎弓根螺钉误置可能引起的神经血管并发症，科学家们进行了多项创新以提高椎弓根螺钉置入的准确性，包括机器人辅助椎弓根螺钉置入。随着机器人辅助导航系统的开发与应用，术者能够通过分析患者计算机断层扫描(CT)图像的数据，提前设计出最佳的椎弓根螺钉置入路径。椎弓根螺钉的错位固定在AIS中发生率为10.5-17.9%[13-14]。机器人辅助椎弓根置钉有可能降低AIS手术中椎弓根置钉错位的发生率。一项研究证实机器人辅助椎弓根螺钉置入在AIS手术矫治中的正确率为92.8%，而在术前进行过CT扫描的患者正确率进一步提高到97.6%。另外，内侧错位固定的发生率仅为3%，如果在术前进行过CT扫描则发生率为0%。机器人辅助椎弓根螺钉置入的学习曲线尚未被专门用于AIS的校正。然而，其他关于后路椎弓根置钉的研究表明，机器人辅助椎弓根置钉的成功率正逐步提高，与此同时，从机器人到人工置钉的转换频率也降低了[11]。然而，机器人辅助椎弓根螺钉置入也有其自身的缺点，这项技术需要术前CT扫描，这可能会增加儿科小患者的累积辐射剂量。此外，还存在机器人辅助椎弓根螺钉置入可能增加手术时间的问题[15]，而一些研究表明手术时间并没有增加[16]，这个观点目前仍存在争议。

2 影像引导下椎弓根置钉技术:尽管一系列的导航技术在脊柱融合术中为外科医生提供实时的帮助，但仍有许多旨在避免螺钉误置的研究正在进行中。常用的螺钉置入引导技术包括：术中透视、透视或CT引导下的计算机辅助技术、电生理检测技术以及超声导航椎弓根螺钉置入技术。CT图像导航手术是通过标记物和适当的软件，使得医生能够实时追踪和检测手术器械与解剖结构的相对位置。其目的在于完善术前计划、减少失误，从而提高患者的治疗效果。需于术前进行手术部位的CT扫描，然后通过软件对图像进行处理，确定最佳螺钉位置。让使用钻头的外科医生在术中可以借助立体定向导航系统确定手术的理想位置，以便钻孔。CT图像导航发展迅速，可以导航微创脊柱手术。然而，现有数据提示其临床准确性仍不稳定[17-18]。此外，这种技术的学习曲线可能很长，同时有人认为这项技术的应用可能增加辐射。随着螺旋CT扫描的出现，辐射暴露的量实际上比传统的荧光照像机要少得多，CT图像导航虽然尚未被广泛应用，但在AIS的治疗中具有一定的优势。超声引导下的椎弓根螺钉置入仍处于临床前试验阶段，超声成像具有引导螺钉准确置入潜力。依据目前的技术水平，至少有两种情况下可使用超声。如B型超声传感器能够包埋入套针的尖端部分，可在不完全连续的模式下确定最佳螺钉置入轨迹。另一种情形是，如果只有独立的成像探头，可插入最初的钻孔，探查其外周壁，据此决定下一步的钻孔方向和深度，如此反复。这是典型的轨道变异技术，其主要目的在于识别和评价钻孔与骨皮质的间距，从而评价预定的螺钉植入轨道是否合适。但是，该类技术的应用的试验性证据只是在理论上日益受到重视[19]。

3 3D打印模型辅助徒手椎弓根置钉技术:实际上是徒手置钉法与数字影像学技术相结合的一种方法。3D打印是一项相对较新的技术，在外科手术规划中应用越来越广泛。其在脊柱外科中的应用是近年来研究的热点。过程包括脊柱CT扫描和三维重建，将这些数据转换成可用的代码，3D打印出椎骨，如此，脊柱被构造成一种外科医生可以看到、感觉到和操作的形式，目的是规划每一个单独的椎弓根螺钉的放置。3D打印模型通常用于严重的畸形。研究表明，在不严重的畸形中，3D打印联合徒手放置的准确性和单独徒手放置的准确性相当[19]。另外，外科医生借助3D模型可以在提高放置的准确性同时缩短手术时间[21]。3D打印的另一个有前途的应用是创建物理指南，可以在术中导航下放置椎弓根螺钉[22]，螺钉置入准确性高、术中风险明显降低、手术安全性高、临床疗效满意,是一种有效、可行、值得推广的新技术。

4 生长调节非融合手术:在有明显生长潜力的儿童患者中，脊柱融合术可能不是最佳选择，因为它限制了脊柱的进一步纵向生长，并导致脊柱活动范围明显缩小。为了解决这些问题，人们对无融合技术的发展越来越感兴趣，这种技术不会导致与融合相关的僵硬，也不会限制脊柱的进一步纵向生长。这里主要介绍几种非融合技术，包括椎体U形钉侧凸矫形技术(vertebral body stapling，VBS)、椎弓根螺钉栓系技术(vertebral body tethering，VBT)、磁控生长棒(magnetically controlled growing rods，MCGR)、ApiFix系统和亚氨基聚酯带(Sublaminar band，SB)。

4.1 椎体U形钉侧凸矫形技术:VBS是一种微创凸侧压缩技术，可以稳定骨发育不成熟的AIS患者的曲线进展。镍钛合金具有形状记忆功能, 因而可被制成U型钉, 在置入脊柱后其形状记忆的特性可持续性对椎体加压[22]，将镍钛记忆合金制成的螺钉固定在前路椎体生长板上。U型钉的独特之处在于，当它冷却时，它的尖头是直的，当U型钉恢复到体温时，它会以“C”形夹住骨头，从而提供了安全的固定。其可以有效抑制了曲线凸边的生长，但允许凹边的自然生长。目前VBS的适应症是骨骼发育不成熟的患者：Risser征≤2，手掌正位X线片显示有1年的生长潜能，且柔韧性好的25°-45°的单腰弯或者<35°的胸弯以及<20°的侧凸。胸椎后凸<40°。若患者胸椎侧凸>35°，则应考虑联合应用肋骨-脊柱固定[23]。一项2年的随访研究表明，对于AIS并曲线进展风险高的患者，VBS治疗胸弯≤35°和所有曲度的腰弯的成功率为86%[24]。VBS的优点包括迅速且可能可逆地停止前路椎体的生长，使用微创胸腔镜或微小开放后腹腔入路分别对胸椎和腰椎进行内固定，而不需要额外的长时间支撑。但应用了这项技术，并不能排除未来融合手术的必要性。然而，研究表明，它不能完全逆转Heuter-Volkmann效应，而U型钉对相关椎间盘的长期影响仍不清楚[25]。VBS的研究结果与支架类似，可以作为一种替代或辅助支架的患者有困难的支撑佩戴。

4.2 椎弓根螺钉栓系技术:为降低应力，减少脱钉风险，有学者针对椎间盘存在活动性这一特点，将骑缝钉固定改进为半限制性栓系，限制纵向生长但仍允许固定节段一定程度的椎间活动。VBT与椎体U形钉矫形技术同属于凸侧压缩技术，是另一种针对AIS患者的微创生长调节方法，适用于处于青春期快速生长阶段的患者。在胸腔镜可视化的帮助下，钛质椎体螺钉通过前路放置在脊柱曲线的凸侧。然后，将一根白色的聚乙二酯拴绳固定在螺钉头，收紧脊髓压迫邻近的螺钉，使曲线变直，从而使曲线的进展变慢，生长潜力得以保留，脊髓的活动和灵活性得以自由发挥。长期结果研究表明，VBT是有前途的和安全的，适用于骨骼发育不成熟的患者，并有较大胸或腰曲线(35°-70°)[26]。 此外，它不需要与其他生长调节技术(例如，生长棒或垂直可膨胀假体钛肋骨)所需的频繁的杆延长程序。VBT的并发症之一是矫形过度，因为理想的脊髓张力还没有确定。这种并发症通常可以通过一次翻修手术得到纠正。栓绳断裂是另一种罕见的并发症，可导致结构过紧，而这种并发症的长期影响需要进一步研究。另一个需要考虑的问题是，VBT对相关椎间盘健康的影响在很大程度上仍然是未知的。虽然一些研究报告了细胞和组织学的变化，然而，这些变化的影响与退行性病理特征无关。未来的研究需要更好地理解VBT对椎间盘生物学的影响。另外，在大多数情况下，无论是使用胸腔镜还是开放式脊椎入路，脊柱外科医生都需要心胸外科医生的协助。

Braun等比较了这两种凸侧压缩技术的三维矫形能力，发现栓系技术在冠状面上矫形能力优于U形钉侧凸矫形技术，但对于矢状面和水平面矫形能力较弱。目前，在椎弓根螺钉栓系技术方面的研究还比较少，大多数仍停留在动物实验上，临床报道不多，对其安全性、适应证、栓系材料等方面仍有待进一步研究。但它却给青少年脊柱侧凸的治疗提供了一种新的思路，通过选择不同的材料制成螺钉和栓绳，将来可能出现可吸收非融合技术，从而避免目前的非融合技术需要反复多次手术延长及最终融合的弊端。

5 磁性膨胀控制技术:对于脊柱严重弯曲无法用支撑来控制但仍有大量生长潜力的儿童(3-10岁)，生长棒是一种常见的治疗方法。近年来，一种称为MAGEC(磁膨胀控制)的磁控制生长棒系统被引入，作为一种替代传统生长棒的方法来治疗早发性脊柱侧弯。类似于传统的生长棒，磁棒需手术放置。MCGR的最大优势在于可以达到无创撑开，降低整体治疗过程中的手术数量，减轻患者的痛苦。随后的延长是通过在门诊进行的非侵入性手术实现的。相比之下，传统的生长棒大约每6个月需要重复手术。每隔3-6个月，在外部磁铁遥控装置的控制下，2根磁性可伸缩棒逐渐加长，以引导弯曲脊柱的生长。这减少了与复发性手术相关的并发症，减少了麻醉暴露，降低了成本，提高了AIS患者的生活质量。磁棒的安全性和有效性已经在几项研究中得到验证。然而，结果喜忧参半。一项研究报告称，与使用传统生长棒的患者相比，这些患者的并发症发生率更高，在37例受试者中28例出现≥Ι并发症。另一项研究发现，75%接受磁性生长棒治疗的患者需要≥Ι翻修手术，是由于硬体并发症(断棒或断钉)和近端交界性脊柱后凸的发展而进行的[27]。磁控膨胀生长棒的另一个限制是由于需要更频繁的X光片而增加的辐射暴露。为了解决这一问题，已报道了使用较少的X线片进行扩张或合并超声评估的替代方案。尽管磁控生长棒显示出了希望，但它们也与相当高的并发症率相关。

6 ApiFix系统：ApiFix系统是由以色列科学家发明的一种新型的、微创的、基于椎弓根螺钉的3-4节水平的短节段仪器技术，但未被美国食品和药物管理局批准使用。与电磁生长棒不同，ApiFix的伸展是通过一组单向运动的齿轮实现的，由于并没有外来的伸展动力，所以需要病人通过定时定量地进行脊柱侧屈运动来为生长棒提供伸展动力，从而达到治疗目的。ApiFix同时具有一种“内支具”的作用，病人在术后辅助5种特定的运动动作即可在一定程度上达到矫正侧凸畸形的效果。手术时间<1小时，失血量可以忽略不计。目前ApiFix的适应证是骨骼发育不成熟且主要有胸或胸腰椎曲线的患者。Floman[28]等在2015年为12例以上的患者应用ApiFix系统治疗，大多数病例的曲线角度可以降至25°-35°以下，并在随后两年的随访中可以维持疗效，无螺钉松动和断裂的出现。ApiFix系统的优势在于，它为中度AIS患者提供了一种简单、侵入性较低的曲线矫正技术，而无需使用融合及其所导致的相关活动能力丧失。此外，如果将来需要的话，ApiFix的使用不会干扰标准的后路内固定和融合。ApiFix系统的一个潜在缺点是，与传统的后路内固定和融合相比，它的曲线校正范围小，但这并不影响患者的生存质量和心理健康状态。有一项关于SRS-22问卷调查显示，校正后的曲线在35°, 25°亦或是15°，所得到的生存质量和心理健康评分无显著差异[29-30〗。我们需要更大规模的长期临床试验来更好地评估ApiFix系统的安全性和长期疗效，并确定合适的患者和适应证。

7 亚氨基聚酯带(subblaminar bands, SB):椎板钩和椎板下金属线在后路内固定融合中被成功应用。在畸形矫正的程度上，椎弓根椎板下金属线与椎弓根螺钉的结果相似。然而，研究表明，采用椎弓根螺钉、椎板钩和椎板下金属线的混合结构的后内侧移位纠正后凸畸形比采用所有椎弓根螺钉的结构的悬臂复位更有效。然而，椎板下金属线有因不慎挫伤，过度撑开断裂进入椎管，造成脊髓挫伤的风险，一度被人们质疑。2009年，Mazda等引入了SB(subblaminar bands)用于AIS的治疗[31]，最初由Resina和Alves描述，后来由Luque发展和推广。亚氨基聚酯带融合了金属钩和金属丝放置的简易性和椎弓根螺钉的生物力学稳定性。聚酯带的置入过程与金属丝相似。理论上，柔软的聚酯带可以安全贴合在椎板的下表面，减少与椎板下金属线相关的神经损伤的风险。而且，聚酯带比金属丝和骨表面的接触面积更大，力量更大。注意不要把聚酯纤维带拉得太紧，否则会拉断脆弱的或骨骼发育不成熟的椎板。聚酯纤维带在通过横突时也被证明是有效的，与椎板下金属线相比，具有更大的纠正椎体旋转的潜力，需要更多的研究来评估亚氨基带在AIS治疗中的作用。据报道，在24个月的随访中，SB混合构建可以获得良好的主胸曲线冠状面矫正(66%-71%)，矫正的损失较低(3%-4%)。SB的最佳使用要求严格掌握其在椎板下的插入技术，以期达到最小化脊髓损伤的风险。在经过训练的外科医生手中，合成纤维与其他脊椎植入物一样安全。另外，SB的使用与神经损伤风险增加无关，也与术后深度感染风险增加无关。Issa等人的研究表明，SB的使用与术后深部感染风险的增加无关，也与细菌根除率的降低无关。Canavese等人也发现了类似的结果，并强调了用于深部脊柱感染管理的真空辅助闭合(VAC)疗法可以安全地用于与SB混合构建物治疗的AIS患者[32]。

8 结论与展望：AIS是一种常见的脊柱疾病，以冠状面、矢状面和轴向面畸形为特征。AIS外科治疗技术随着节段性椎弓根螺钉内固定的出现，在过去20年里发生了很大进步。然而，对于年纪较轻、骨骼发育不成熟且仍有明显生长潜力的患者，手术治疗仍具有挑战性，需要不断的摸索和努力。