皮质骨轨迹螺钉内固定技术在脊柱外科临床应用研究进展

陈豪杰 黄小强 杨俊松 郝定均 何伟 陈林娜 张子龙 乔瑞 杨佳瑞

2009 年，Santoni 等提出皮质骨轨迹 （ cortical bone trajectory，CBT ） 螺钉内固定技术，其置钉方向在矢状面存在头倾角度、冠状面向外伤倾斜。这一独特的外八字置钉技术，其螺钉通过腰椎中线置入，具有椎旁肌剥离少、上关节突及乳突侵犯风险小、创伤小、术后发生感染机会少等优势，更重要的是，由于该轨迹远离椎管，且同时穿过椎弓根内壁、椎弓根外壁和椎体外上壁三层皮质骨结构，具有安全且力学稳定性可靠等优点[1-9]。此外 CBT 可以与多种腰椎后路融合方式联合治疗脊柱外科疾病，尤其对于合并骨质疏松的腰椎退变疾病患者，其 CBT 螺钉生物力学稳定，把持力强。然而掌握 CBT 内固定技术存在一定学习曲线，随着计算机导航、影像学技术以及相关设备的进步，可以通过机器人、导航、3D 打印导板导航、三维 CT 术前规划等手段辅助 CBT 螺钉安全置入。

一、CBT 内固定技术生物力学特点及影像学研究

1986 年，Steffee 等[10]提出一个术语“force nucleus”，指椎弓根、峡部、椎板、横突及上关节突的聚集点。该区域有着高度汇集的皮质骨，因此可以提供强大的附着力。2004 年，Li 等[11]研究发现椎弓根上下壁及内侧壁区域有高度汇集的皮质骨，相比与椎弓根内外壁，可以提供螺钉更强的把持力。2009 年，Santoni 等[6]提出 CBT 螺钉内固定技术，其进针点更靠近腰椎中线，置钉过程中软组织侵犯少，而且与椎弓根上下壁及内侧壁皮质骨接触，螺钉把持力强。其中 CBT 螺钉在生物力学上提供了更强的单轴拔出、屈服载荷、插入扭矩约为传统椎弓根轨迹技术的 1.7倍，且具有与 PS 相似的抗屈伸性能。但在抗侧向弯曲和轴向旋转方面效果欠佳。Delgado 等[12]研究发现 CBT 螺钉在拔出强度、头侧和中外侧负荷时具有更大的刚度、更好的抗屈伸性和更好的螺钉把持稳定性。Mai 等[13]研究发现CBT 螺钉的轴向拔出力高于 PS 约 30%，主要因为 CBT 螺钉的拔出力与松质骨骨密度无显著相关性，CBT 螺钉所处的皮质骨骨密度远远高于 PS。邵明昊等[14]通过三维有限元分析研究发现 CBT 螺钉的抗拔出力 （ 1277.1±331.3 ） N较 PS 的抗拔出力 （ 1013.2±279.1 ） N 高出 26.04%。Li等[15]研究发现 CBT 螺钉与 PS 相比，其最大插入扭矩 （ 自由度 = 30，t= 5.78，P＜ 0.001，0.333 N·mvs.0.188 N·m ）和更高的轴向拔出强度 （ 自由度 = 20，t= 7.41，P＜ 0.001，394 Nvs.241 N ） 均比 PS 高。此外，与 PS 相比，CBT 螺钉具有更好的抗疲劳性能，需要更多的循环次数超过 5 mm（ 自由度 = 9，t= 5.62，P＜ 0.001，6161 次循环vs.3639 次循环 ）。置换螺钉的破坏载荷对于 CBT 螺钉也显著大于PS （ 自由度 = 9，t= 5.75，P＜ 0.001，443 Nvs.317 N ）。说明与 PS 相比，CBT 螺钉在插入扭矩、拔出载荷和疲劳方面均优于 PS。有关研究表明 CBT 螺钉与 PS 相比，CBT螺钉具有更高的插入扭矩及抗疲劳性，尤其在骨质疏松的椎体，螺钉移位载荷更大，而且其他学者证实了更短、更小的 CBT 螺钉能达到 PS 的相似生物力学固定[16-18]。Perez等[19]发现 CBT 螺钉在侧向弯曲时的螺钉强度明显低于PS。Ninomiya 等[20]证明了脊椎峡部裂患者的平均插入力矩明显低于无脊椎峡部裂的椎体水平 [ （ 4.25±1.74 ） in-lbvs.（ 8.24±0.89 ） in-lb，P= 0.040 ]。此外，作者发现 75 岁以上的女性 CBT 螺钉的平均插入扭矩较低 [ （ 5.5±1.31 ）in-lbvs.（ 10±1.03 ） in-lb，P= 0.038 ]，而对伴脊椎峡部裂的 75 岁女性采用 CBT 内固定技术并不适合。Kojima 等[21]研究发现 CBT 螺钉钉道周围骨质的 CT 值明显高于 PS，其结果显示 CBT 螺钉周围 CT 值是 PS 的 4 倍，从而证明CBT 螺钉骨 - 螺钉界面强度更大，对老年骨质疏松症患者尤其适用。Matsukawa 等[22]研究通过测量并发现 100 个成人腰椎标本中的 CBT 螺钉骨通道的直径、长度、与椎体矢状位、水平位的角度等均无明显差异，从而得出腰椎 CBT 螺钉骨皮质通道具有稳定的解剖学结构。解剖变异小。金海明等[23]通过椎弓根皮质骨螺钉固定与传统椎弓根螺钉固定钉道周围骨质 CT 值比较得出 CBT 螺钉周围CT 值是 PS 的 1.7～2.3 倍。Kojima 等[21]对 222 例脊柱疾病患者进行腰椎 CT 扫描分析，测量螺钉周围 CT 值较 PS更大，证实 CBT 螺钉把持力更强。

二、CBT 螺钉内固定技术置钉技术与方法

CBT 螺钉置钉方式有别于 TT 螺钉内固定技术，CBT螺钉以外八字置钉轨迹靠近腰椎中线为进针点。目前 CBT螺钉内固定技术缺乏易于识别和可复制的进钉点标志来指导徒手植入 CBT 螺钉。大多数研究学者认为理想的进钉点位于横突下缘 1 mm 水平线与上关节突中垂线连接处，其钉道轨迹由尾向头倾斜 25°～30° 并向外侧倾斜 10°～20°[6,24-27]。Sheng 等[28]认为胸椎 CBT 螺钉进针点：T3～4和 T7～8进针点位于上关节突中线和横突中线的交点，T5～6的位置作为上关节突中线与上横突中线 1 / 3 的交点，置钉轨迹为尾端到头端呈 15°～20°，横向垂直于椎板。Matsukawa 等[18]认为腰椎 CBT 螺钉钉道方向是由内向外置钉在矢状位向头端倾斜 8°～9°，横断面向外倾斜 25°～26°。同时 Matsukawa 等[29]认为骶椎 CBT 螺钉，其进针点位于 S1上关节突中心的交界处，在 L5下关节突最下缘下方约 3 mm 处。在轴面上方向是垂直向前的，在矢状面上以头倾角 30° 成角，螺钉直接穿透骶骨终板的中部。对于术中腰椎异位骨化严重造成进钉点难于辨识的患者，Iwatsuki 等[30]认为 CBT 进钉点应选择上关节突内下缘向远端、向内各 2 mm 处作为进钉点为宜。左如俊等[31]认为人字嵴内侧嵴与椎板移行部形成的弧形边缘下方 1 mm、内侧 3 mm 处是理想的进钉点。此处很少退变增生，便于术中直视辨识，能够有效地减少术中置钉时间与透视次数。

三、CBT 螺钉内固定技术在脊柱外科疾病的临床应用

近年来 CBT 内固定技术应用逐渐广泛，并在多种类型脊柱外科疾病中取得良好的临床疗效。适用性广泛：CBT 内固定技术能联合多种腰椎融合术治疗腰椎退变性疾病获得良好的临床效果。张世浩等[7]通过 CBT 内固定技术联合斜外侧椎间融合术 （ obique lateral interbody fusion，OLIF ） 治疗腰椎退变性疾病，手术创伤小、术后并发症少，患者术后获得了良好的临床效果。左如俊等[31]通过 CBT 螺钉与 PS 固定行腰椎后路椎体间融合 （ posterior lumbar interbody fusion，PLIF ） 治疗腰椎退行性疾病患者对比研究中，其中 CBT 螺钉组手术时间、术中出血量、术后引流量、卧床时间、术后住院时间均低于 PS 组，差异均有统计学意义 （P＜ 0.05 ），随访 1 年以上术后均无手术并发症，而且 CBT 螺钉组骨融合率 100%，临床改善效果良好。刘光普等[32]研究中，CBT 内固定技术联合 PLIF 治疗邻椎病临床效果改善良好，在不取出原内固定前提下置入 CBT 螺钉，降低了手术创伤和手术花费。付荣华等[33]通过比较 CBT 螺钉与 PS 内固定技术分别联合 PLIF 在治疗腰椎退行性疾病合并骨质疏松症患者的临床疗效对比研究中两组临床改善均获良好，而 CBT 组在术中出血量、手术时间方面优于 PS 组，且术后未发生一例并发症。李孝静等[34]认为 CBT 螺钉固定结合改良 PLIF 治疗腰椎退变性疾病手术时间短、术中出血量少、创伤小、术后恢复快，临床疗效满意。Takenaka 等[35]研究发现在 PLIF中 CBT 内固定技术能够获得 PS 相同的临床疗效，且术中失血量更少及术后恢复更快。王强等[36]比较经椎间孔入路腰椎椎间融合术 （ transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF ） 中应用 CBT 内固定技术与 PS 内固定技术的临床疗效，研究结果显示与 PS 螺钉组比较，CBT 螺钉组切口更小、术中失血量更少，差异均有统计学意义 （P＜ 0.05 ），末次随访时两组患者均获得骨性融合，术后 3 个月两组下肢痛、腰痛的疼痛视觉模拟评分 （ visual analogue scale，VAS ） 以及术后 1 年 Oswestry 功能障碍指数 （ oswestry disability index，ODI ） 均较术前明显改善 （P＜ 0.05 ），但两组间 VAS 评分、ODI 评分比较无统计学差异 （P＞ 0.05 ）。Mizuno 等[24]提出 CBT 螺钉联合腰椎中线融合术 （ midline lumbar fusion，MIDLF ） 治疗 12 例单节段腰椎滑脱症患者获得了良好的手术效果，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，符合微创理念。在随后的许多研究采用 CBT 螺钉联合 MIDLI 治疗多种腰椎退变性疾病均获得良好的手术效果与微创价值[37-43]。

微创性与有效性：国外众多研究表明在短期临床疗效中，CBT 螺钉内固定技术能获得与 PS 内固定技术在治疗腰椎退变性疾病能获得相同的临床效果，术后并发症发生率低且更具有微创价值。Hung 等[44]通过 CBT 内固定技术与 PS 内固定技术比较中，临床改善效果没有区别，其中32 例患者中仅显示较轻微的多裂肌损伤。Kotheeranurak等[45]认为这种微创内固定技术可作为治疗 L5～S1相邻节段病变的替代方法，不仅能取得良好的临床改善效果，而且能减少手术创伤，其基本原理是尽量减少因伤口再暴露和 （ 或 ） 移除先前器械而造成的组织损伤。Wang 等[46]通过一项荟萃分析研究得出在 ODI （P= 0.02 ）、日本骨科协会 （ Japanese orthopaedic association，JOA ） 评分恢复率（P＜ 0.000 01 ） 和患者满意度 （P= 0.001 ） 方面，CBT 优于PS。此外，与 PS 内固定技术相比，CBT 内固定技术在上小关节破坏和症状性 ASD 的发生率更低。与 PS 组相比，CBT 组手术时间短、出血少、切口短、住院时间短、并发症发生率低 （P＜ 0.05 ）。最后，CBT 与 PS 在融合率、翻修手术率等方面均接近。Dabbous 等[25]在一系列前瞻性研究中。25 例的结果与先前发表的关于 PS 内固定技术的研究进行了比较，发现 CBT 内固定技术手术时间更短，出院更快，但安全性和有效性相同。其它的比较研究证实了 CBT 与 PS 内固定技术在联合腰椎融合术有相同临床疗效[47-53]。Takenaka 等[35]通过比较 42 例接受 CBT-PLIF 和77 例接受 PS-PLIF 的患者临床效果，其临床结果和融合率方面相似，但 CBT-PLIF 在减少失血、减少术中肌肉损伤、减少围术期疼痛和早期恢复正常活动方面具有额外的优势。Lee 等[54]在一项回顾性研究中描述了 CBT 技术与传统 PS 内固定技术在邻椎病治疗中的比较。CBT 组术后1 个月的患者满意度 （P= 0.03 ） 和术后 1 个月内的疼痛强度 （P= 0.04 ） 明显优于 PS 组。手术并发症方面，CBT 组出血量明显减少，手术时间和住院时间明显缩短，切口明显缩小而在临床功能改善评价参数结果无统计学差异（P＞ 0.05 ）。Elmekaty 等[55]通过 CBT-TLIF 与 MIS-PLF、MIS-TLIF 之间的比较，其结果显示 CBT-TLIF 组手术时间较短 （ 111 min ），出血较少 （ 112.5 ml ），C-反应蛋白（ C-reactive protein，CRP ） 和肌酸激酶 （ Creatine Kinase，CK ） 的值较其它两种方法低。三组患者的总体功能结果无显著性差异。CBT-TLIF 融合可使腰椎前凸角增大。与MIS-PLF 相比，CBT 和 MIS-TLIF 使椎间盘中部高度显著增加。CBT 和 MIS-TLIF 组的融合率为 100%，MIS-PLF 组的融合率为 90%。MIS-PLF 组螺钉松动发生率为 10%，MIS-TLIF 组为 7.14%，CBT-TLIF 组为 4.76%。

四、计算机导航辅助置入 CBT 螺钉精准度研究

随着计算机导航系统及相关设备的发展进步，机器人、3D 导板导航、导航、术前三维 CT 规划轨迹辅助置入CBT 螺钉弥补徒手置钉精准度不足的问题，提高了 CBT螺钉内固定技术在脊柱外科应用精度性与安全性。在以往研究中机器人辅助置入 CBT 比徒手置钉精准度更高，其中机器人辅助组可接受置钉为 98.3%，徒手组为 84.5%，差异有统计学意义 （P＜ 0.05 ）；此外机器人辅助组术中失血量及手术时间低于徒手组，而术后两组症状改善效果相似[56]。有关研究表明机器人辅助组 CBT 螺钉位置良好为 87.2%，而徒手组中 CBT 螺钉位置良好为 66.9%，比较差异有统计学意义，而两组间上关节突关节侵犯发生率无明显差异。机器人组手术时间和失血量略大于徒手组。两组术后住院时间差异无统计学意义。机器人组的平均累积辐射时间大于徒手组，但机器人组外科医师收到的辐射剂量明显低于徒手组。Marengo 等[57]采用 3D 打印导板导航辅助置入 CBT 螺钉研究中，85.2% 螺钉放置在术前规划的轨迹，实际进针点与计划进针点始终在 2 mm 误差内。刺破骨皮质 A 级 （ ＜ 2 mm ），无 B、C 级穿孔。有学者通过3D 打印导航导板与徒手在尸体中上胸椎辅助置入 CBT 螺钉一项对比研究中，导板组中放置 Ⅰ 区 3 枚螺钉、Ⅱ 区55 枚螺钉和 Ⅲ 区 2 枚螺钉，徒手组放置 Ⅰ 区 7 螺钉、Ⅱ区 45 枚螺钉、Ⅲ 区 8 枚螺钉。其中导板组穿破骨皮质有5 枚，徒手组穿破骨皮质 19 枚，比较差异有统计学意义（P＜ 0.05 ），且认为 CBT 螺钉在导板的辅助下插入中上胸椎是安全和简单的[58]。王希骥等[59]通过 3D 导板、导航、徒手三种辅助方式下 CBT 螺钉内固定技术治疗合并骨质疏松症的腰椎退变性疾病的置钉精准度对比研究中，3D打印组置钉优良率为 100%，其中 0 级 38 枚，1 级 6 枚，无 2 级或 3 级不良置钉；导航组置钉优良率为 100%，其中 0 级 47 枚，1 级 5 枚，无 2 级或 3 级不良置钉；徒手置钉组置钉优良率为 87.5%，其中 0 级 27 枚，1 级 8 枚，2 级 3 枚，3 级 2 枚；3 组间置钉精确性分级差异有统计学意义 （P= 0.010 ）；3D 打印组和导航组组间差异无统计学意义 （P= 0.540 ），两组均优于徒手置钉组 （P= 0.034；P= 0.005 ）；三组患者相比，术中导航组平均住院日少于3D 打印组和徒手置钉组 （P= 0.001；P= 0.009 ），3D 打印组术中出血量少于徒手置钉组 （P= 0.005 ），术中导航组的手术时间长于其它两组 （P= 0.004；P= 0.026 ），认为 3D打印及导航技术辅助技术辅助置入 CBT 螺钉精准度高，同时可以减少术中失血量。有学者认为采用导航辅助 CBT螺钉进行腰椎融合术可减少上关节突关节侵犯发生率，提高置钉精准度[60-61]。

五、CBT 螺钉内固定技术适应证与禁忌证

参考以往研究，CBT 内固定技术的适应证包括：（ 1 ）腰椎退变性疾病患者，合并骨质疏松患者固定效果更佳；（ 2 ） 肥胖、腰背肌发达以及高髂嵴患者；（ 3 ） 传统椎弓根螺钉植钉术后出现的邻椎病；（ 4 ） 椎弓根螺钉松动拔出、固定失败后的补救性植钉；（ 5 ） 以椎体前中柱破坏为主的疾病，如腰椎结核，椎间隙感染等；（ 6 ） 胸腰椎骨折；（ 7 ） 儿童脊柱外科疾病 （ 包括脊柱侧弯、脊柱峡部裂、滑脱、脊柱肿瘤、不稳定性胸腰椎创伤性骨折 ） 的微创置钉；（ 8 ） 与传统椎弓根螺钉混合的内固定技术；（ 9 ） 合并骨质疏松症的腰椎侧弯的矫形内固定。禁忌证：（ 1 ） 缺少 CBT 螺钉锚定点或者钉道已破坏如既往手术导致峡部缺如；或骨质破坏性疾病导致椎板或峡部区域骨质破坏；（ 2 ） 以旋转为主的脊柱畸形。

六、CBT 螺钉内固定技术的优势与不足

优势：（ 1 ） 螺钉把持力强[6,10-23]；（ 2 ） 微创性：CBT 螺钉靠近腰椎后路中线进针，椎旁肌肉剥离少，相比 PS 术中出血量更少、住院时间更短，术后 CK 升高水平更低、脂肪浸润更小以及术后影像学复查腰背肌肉横截面积更大，手术相关并发症更少[4-6,46,61-62]；（ 3 ） 安全性：远离椎管及重要神经、血管；（ 4 ） 有效性：联合多种腰椎融合术治疗多种腰椎退变性疾病以及脊柱创伤、肿瘤、感染及脊柱畸形等多种脊柱疾患的脊柱重建，且临床效果显著。不足之处：（ 1 ） 学习曲线长，徒手置钉困难，螺钉容易刺破椎弓根及椎体骨皮质；（ 2 ） 对椎弓根较细的患者，容易造成椎弓根骨折；（ 3 ） 进针点毗邻脊椎峡部，螺钉容易骚扰到脊柱峡部，对于青少年型的先天性腰椎峡部裂滑脱行修补内固定术尤其不利；（ 4 ） 徒手植钉技术要求高，钉道方向确定后改道困难；（ 5 ） 峡部和椎弓根骨折风险无法避免；（ 6 ） 存在上位及下位神经根损伤风险；（ 7 ） 长节段固定时钉棒连接困难；（ 8 ） 需要相关辅助设备，术中透视次数多。CBT 内固定技术其优越的生物力学以及微创的置钉特点在治疗合并骨质疏松的脊柱外科疾病中优势更显著。随着计算机导航系统技术的成熟与普及，3D 打印导航、三维导航、机器人导航辅助置入 CBT 螺钉可以减少置钉错误引起的并发症，可以弥补 CBT 螺钉内固定技术的不足，使 CBT 螺钉内固定技术治疗脊柱外科疾病的应用前景更加广阔。

七、结语

CBT 螺钉内固技术是一种近期流行的新型置钉技术，其微创的置钉方式，较好的螺钉把持力，在不同辅助置钉方式下联合多种融合方式治疗多种脊柱疾病，而且还可以作为 PS 螺钉失败的补救方式，临床适应证逐渐增宽。但CBT 内固定技术概念出现较晚及有关临床研究并不多，而且远期的临床疗效与相关并发症未见报道，因此仍然需要长期、大样本、前瞻性研究进一步揭示其远期并发症与远期融合率问题。最后 CBT 螺钉内固定技术作为传统 PS 螺钉内固定技术的补充，在严格把握 CBT 内固定技术的适应证与禁忌证前提下，治疗脊柱外科疾病是个不错的选择，值得临床推荐。