重度僵硬脊柱侧后凸截骨策略量化标准的探讨

王力航 罗春山 陆廷盛 姚书眈

目前，脊柱截骨矫形术作为一种有效的手术方式，在脊柱畸形，尤其是重度脊柱畸形的治疗中得到广泛应用。相比单纯的后路内固定术，截骨矫形术对脊柱畸形的矫正和脊柱整体平衡的重建具有更好的疗效。截骨矫形术主要包括Smith-Peterson截骨术(Smith-Peterson osteotomy，SPO)，经椎弓根截骨术(pedicle subtraction osteotomy，PSO)和全脊椎截骨术(vertebral column resection，VCR)等，其截骨的方式和范围各不相同，其余术式则是在这几种术式基础上进行的改良和变化[1]。为了更好地对脊柱截骨术进行规范化使用，2014年Schwab等[2]根据截骨程度的不同将截骨手术分为6级。根据患者的具体情况选用不同的截骨方式是十分关键的。现有文献中未见脊柱截骨手术策略的量化标准。在临床工作中，常常因过度截骨而导致患者出现严重并发症，因过度矫正而出现冠状面和矢状面失代偿或者因截骨不足导致冠状面和矢状面失代偿未得到纠正而再次翻修。对重度脊柱侧后凸患者使用头盆环牵引、HALO-股骨牵引后行矫形内固定术可取得良好疗效[3]。本研究对经头盆环牵引及HALO-股骨牵引后行二期矫形术的重度脊柱侧后凸患者的临床资料进行了回顾性分析，根据影像学资料总结出术前截骨策略，旨在提出截骨策略的量化标准并探讨该策略的临床指导意义。

资料与方法

一、资料

1.病例纳入与排除标准：(1)病例纳入标准：①脊柱侧凸或后凸畸形，Cobb角≥80°；②主弯冠状面侧屈位改善率≤25%；③特发性脊柱侧弯；④临床资料完整且术后随访时间≥24 个月；⑤无合并感染性病灶。(2)病例排除标准：①术前伴有神经症状；②合并其他复杂椎管内畸形如脊髓栓系、肿瘤和脊膜膨出等。

2.一般临床资料：对2012年5月至2020年5月贵州省骨科医院脊柱外科采取手术治疗的符合本研究病例纳入与排除标准的重度脊柱侧后凸患者63例的临床资料进行回顾性分析。其中男30例，女33例，年龄(19.8±5.0)(13～34)岁。所有患者术前常规行全脊柱X线、CT及MRI检查。主弯顶椎位于胸段43例，胸腰段9例，腰段11例；主弯冠状面Cobb角平均117.4°(91°～176°)，矢状面Cobb角平均92.5°(62°～132°)。所有患者术前均未发现神经功能异常。8例(12.7%)患者存在不可耐受的胸腰背疼痛；13例(20.6%)患者存在冠状面失衡。

二、方法

1.手术治疗：(1)头盆环牵引及股骨牵引3～7周。牵引终点为达到患者可承受的最大极限时(规律使用非甾体抗炎药的情况下，患者出现主观不可耐受的疼痛)；若患者出现神经并发症则立即停止牵引，观察神经功能变化；若出现钉道相关并发症则停止牵引，换药至钉道愈合后继续牵引；若出现颈椎脱位或颅骨骨折则终止牵引。(2)行矫形手术。保留牵引装置，调整牵引杆位置，使其不影响手术操作。患者取俯卧位，用马蹄形软垫适配头盆环摆放体位。采用后路最上至最下固定椎棘突连线切口，剥离椎旁肌，充分显露融合范围的椎板及关节突，在三维打印模型辅助下将预置钉椎体置入椎弓根螺钉。在截骨区切除2～3个椎板，防止矫形后脊髓卡压或过度堆积造成脊髓损伤。对牵引后主弯凸侧边椎体高度H1-凹侧边椎体高度H2≥1.5个正常椎体高度h且≤2h的患者，采用PSO或邻椎不对称截骨；对牵引后H1-H2>2h的患者，采用VCR；对牵引后H1-H2<1.5h的患者，仅采用顶椎区SPO或Ponte截骨，截骨时先置单侧棒，同时松解牵引装置，防止截骨断端移位压迫硬膜囊。对所有患者均在融合节段内行上位椎体下关节突切除，改善矫正效果，创造植骨床。矫形完成后，进行麻醉唤醒试验。打磨椎板，行融合节段充分植骨。放置引流管后逐层缝合切口。待患者麻醉清醒后，返回病房。

2.随访：术后1，3,6,12,24和36个月进行门诊随访，行问诊、体格检查和X线检查。

3.影像学测量：行站立位全脊柱正侧位、左右侧屈曲位和过伸过屈位、经牵引后全脊柱正侧位X线，CT和MRI检查。通过全脊柱正位X线像测量冠状面Cobb角、顶椎位移、最大侧方移位、冠状面失代偿值[骶骨中垂线(center sacral vertical line，CSVL)与C7铅垂线(C7 plumb line，C7PL)的距离]以及双肩高度差；通过全脊柱侧位X线像测量矢状面腰椎前凸角以及矢状面上C7PL与S1椎体后上缘之间距离(sagittal vertical axis，SVA) 的关系等，其中SVA为正值表明C7PL前移，SVA为负值表明C7PL后移；分别测量h，经牵引前与牵引后冠状面和矢状面H1-H2(图1)，牵引后主弯冠状面和矢状面椎间盘总开角(牵引后主弯各椎间盘角度之和α1-牵引前主弯各椎间盘角度之和α2)。

图1 冠状面与矢状面主弯评价指标测量示意图 A 冠状面主弯凹侧椎体高度(右侧红线所示)与凸侧椎体高度(右侧绿线所示)的差为3个正常椎体高度；代偿弯凹侧椎体高度(左侧红线所示)与凸侧椎体高度(左侧绿线所示)的差为0 B 矢状面椎体前缘高度(红线所示)与椎体后缘高度(绿线所示)差为3个正常椎体高度

4.分组：依据牵引后手术前冠状面和矢状面楔形变程度将全部患者各分为H1-H2<1.5h，H1-H2=1.5h～2.0h和H1-H2>2.0h3组；依据牵引后手术前冠状面与矢状面椎间盘总开角值将全部患者各分为α1-α2<20°，α1-α2=20°～30°和α1-α2>30° 3组；共12组。见表1。

表1 依据牵引后手术前4项标准分组及各组手术方法(例)

5.评价指标：记录不同截骨方式的12组病例术前和术后主弯冠状面Cobb角、术前和术后矢状面Cobb角、术后冠状面和矢状面Cobb角的矫正率、手术时间和术中出血量并进行比较。

结 果

一、总体手术情况与疗效

全部患者牵引时间为(31.13±9.26)(19～49) d，在牵引过程中未见神经并发症及钉道松动、感染和钉道皮肤不愈合等并发症。固定融合范围为(10.12±2.37)(8～14)个椎体。SPO截骨20例，PSO截骨36例，VCR截骨7例。术后主弯冠状面和矢状面Cobb角矫正率分别为(58.54±8.87)% (31%～76%)和(52.55±12.69)% (38%～59%), 手术时间(325.55±118.36) (250～480) min，术中出血量(954.76±443.55)(860～2 400) ml。SPO截骨术患者中1例发生尾帽脱出，经翻修后融合，并发症发生率为1.59%； PSO截骨术后患者中1例出现下肢麻木，术后4周完全缓解，并发症发生率为2.78%； VCR截骨术患者中1例出现下肢肌力减退，3个月后逐渐恢复，并发症发生率为14.29%。未见感染和病死病例。

全部患者随访(29.33±8.11)(12～36)个月。末次随访时主弯冠状面和矢状面 Cobb角矫正率分别为(57.66±5.12)%(31%～78%)和(51.65±6.43)%(38%～59%)，C7PL-CSVL为(10.1±6.6)(4～19)mm，SVA为(9.0±5.9)(4～14)mm。术后未见神经损伤、大血管损伤、脑脊液漏、感染和病死发生。末次随访时患者均一般情况好，外形和躯干平衡较术前明显改善，未出现内固定移位、松动和断裂。

二、各组手术情况与术后疗效

见表2～5。

表3 依据矢状面楔形变程度分组的3组各项评价指标的比较

表4 依据牵引后冠状面椎间盘总开角分组的3组各项评价指标的比较

表5 依据牵引后矢状面椎间盘总开角分组的3组各项评价指标的比较

在依据冠状面楔形变程度分组的3组中，SPO术后Cobb角矫正率H1-H2<1.5h组为(50.94±6.35)%，显著高于其他2组的(33.72±7.26)%和(32.89±6.55)%(均P<0.01)，手术时间和术中出血量3组差异均无统计学意义(均P>0.05)；PSO术后Cobb角矫正率H1-H2<1.5h组与H1-H2=1.5h～2.0h组分别为(62.21±5.50)%和(58.68±6.69)%，均高于H1-H2>2.0h组的(42.98±5.12)%(均P<0.01)，手术时间和术中出血量3组差异均无统计学意义(均P>0.05)；VCR仅应用于H1-H2=1.5h～2.0h组和H1-H2>2.0h组，2组术后Cobb角矫正率、手术时间和术中出血量差异均无统计学意义(均P>0.05)。

在依据矢状面楔形变程度分组的3组中，SPO术后Cobb角矫正率H1-H2<1.5h组、H1-H2=1.5h～2.0h组和H1-H2>2.0h组分别为(53.40±4.14)%，(41.08±5.54)%和(39.37±4.21)%，差异均有统计学意义(均P<0.01)，手术时间和术中出血量3组差异均无统计学意义(均P>0.05)；PSO术后Cobb角矫正率H1-H2<1.5h组与H1-H2=1.5h～2.0h组分别为(53.02±5.44)%和(53.52±4.75)%，差异无统计学意义(P=0.12)，均高于H1-H2>2.0h组的(38.86±5.51)(均P<0.01)，手术时间和术中出血量3组差异均无统计学意义(均P>0.05)；VCR仅应用于H1-H2=1.5h～2.0h组和H1-H2>2.0h组，2组术后Cobb角矫正率、手术时间和术中出血量差异均无统计学意义(均P>0.05)。

在依据牵引后冠状位椎间盘总开角分组的3组中，SPO术后Cobb角矫正率α1-α2>30°组为(54.62±6.31)%，显著高于其他2组的(35.52±7.72)%和(36.07±6.55)%(均P<0.01)，手术时间和术中出血量3组差异均无统计学意义(均P>0.05)；PSO术后Cobb角矫正率α1-α2>30°组与α1-α2=20°～30°组分别为(63.64±6.41)%和(61.21±7.02)%，差异无统计学意义(P=0.27)，均显著高于α1-α2<20°组的(43.09±8.82)%(均P<0.01)，手术时间和术中出血量3组差异均无统计学意义(均P>0.05)；VCR仅应用于α1-α2=20°～30°组和α1-α2<20°组，2组术后Cobb角矫正率、手术时间和术中出血量差异均无统计学意义(均P>0.05)。

在依据牵引后矢状位椎间盘总开角分组的3组中，SPO术后Cobb角矫正率α1-α2>30°组为(49.40±6.62)%，显著高于其他2组的(35.71±8.91)%和(36.02±7.10)%(均P<0.01)，手术时间和术中出血量3组差异均无统计学意义(均P>0.05)；PSO术后Cobb角矫正率α1-α2>30°组与α1-α2=20°～30°组分别为(51.22±7.12)%和(50.55±6.99)%，差异无统计学意义(P=0.21)，均显著高于α1-α2<20°组的(37.63±8.33)%(均P<0.01)，手术时间和术中出血量3组差异均无统计学意义(均P>0.05)；VCR仅应用于α1-α2=20°～30°组和α1-α2<20°组，2组术后Cobb角矫正率、手术时间和术中出血量差异均无统计学意义(均P>0.05)。

典型病例见图2～4。

图2 典型病例1，男，16岁，重度僵硬特发性脊柱侧弯。术前主弯Cobb角92°，左右侧倾位85°，经HALO-股骨牵引后主弯Cobb角65°，主弯凹侧高度比凸侧高度短2.1个正常椎体高度，主弯椎间盘总开角27°。行VCR截骨。术后主弯冠状面Cobb角24°，矫正率74%。手术时间410 min，出血量1 500 ml A 术前正位X线 B 牵引后测量冠状面凹侧与凸侧边椎体高度差 C 术后2个月X线 图3 典型病例2，女，17岁，重度僵硬特发性脊柱侧弯。术前主弯Cobb角85°，左右侧倾位77°，经HALO-股骨牵引后主弯Cobb角59°，主弯凹侧椎体高度比凸侧椎体高度短1.7个正常椎体高度，主弯椎间盘总开角26°。行PSO截骨。术后主弯冠状面Cobb角25°，矫正率71%。手术时间330 min，出血量1 200 ml A 术前正位X线 B 牵引后测量冠状面凹侧与凸侧边椎体高度差 C 术后2个月X线 图4 典型病例3，男，14岁，重度僵硬特发性脊柱侧弯。术前冠状面主弯Cobb角105°，左右侧倾位100°，矢状面主弯65°，经头盆环牵引后冠状面主弯Cobb角54°，矢状面主弯17°，冠状面主弯凹侧椎体高度比凸侧椎体高度短1.4个正常椎体高度，矢状面椎体前缘高度比椎体后缘高度短1.1个正常椎体高度，冠状面主弯椎间盘总开角51°，矢状面椎间盘总开角48°。行SPO截骨。术后主弯冠状面Cobb角41°，矢状面26°，矫正率61%。手术时间240 min，出血量800 ml A 术前正位X线 B 术前侧位X线 C 牵引后冠状位凹凸侧椎体边高度差 D 牵引后侧位X线 E,F 术后2个月正侧位X线

讨 论

重度僵硬脊柱畸形是常伴有胸腰椎侧凸、后凸和脊柱矢状位、冠状位严重失平衡的一种综合性畸形，柔韧性极差，凸侧左右侧倾位Cobb角恢复<25%，甚至产生脊髓功能障碍，需矫形手术治疗才能恢复脊柱局部和整体的平衡。截骨矫形术是重度僵硬脊柱畸形最常用有效的治疗方法[4]。通常截骨等级越高，手术风险越大。因此，如果能用2级截骨矫正畸形，则应尽量避免选择3级及以上截骨，因为3级及以上截骨为三柱截骨，术中脊柱不稳定，发生脊髓损伤并发症的风险及术中出血风险明显增加[5]。Suk等[6]报道VCR神经损伤发生率为17%(12/70); Lenke等[7]报道神经损伤发生率为27%(40/147);Zhang等[8]报道神经损伤发生率16.1%(10/62)。由此可见，采用VCR技术治疗重度僵硬脊柱畸形存在较高的神经损害可能性。重度脊柱侧弯的形态学改变包括椎间盘楔形变、椎体楔形变和多节段的脊柱旋转，这些形变在重力作用下逐渐加重，需接受侧弯矫形手术以恢复脊柱正常形态。关于截骨策略，既往截骨选择主要基于医生的经验，往往导致患者承担更高等级截骨的风险。在此，基于本研究结果提出一种可量化的截骨策略，以避免上述情况发生。重度脊柱侧弯的维持因素为椎间盘楔形变和椎体楔形变，因此提出的量化指标以这两者为依据，包括经牵引后冠状面或矢状面主弯凸侧与凹侧边椎体长度差以及冠状面或矢状面椎间盘总开角(表6)。

表6 重度僵硬脊柱侧后凸畸形截骨策略

SPO截骨能使僵硬脊柱侧后凸主弯H1-H2<1.5h的畸形得到50%以上的矫正，同时能使经牵引后主弯α1-α2>30°的畸形得到50%以上的矫正，而对于侧后凸主弯H1-H2≥1.5h的畸形和α1-α2≤30°的畸形矫形效果欠佳。提示SPO截骨适用范围为侧后凸H1-H2<1.5h且牵引后α1-α2<30°，若超过该范围可能出现矫形效果不良。

PSO截骨能使僵硬脊柱侧后凸主弯H1-H2≤2.0h的畸形得到50%以上的矫正，同时能使经牵引后主弯椎间盘总开角≥20°的畸形得到50%以上的矫正，而对侧后凸主弯H1-H2>2.0h的畸形和α1-α2<20°的畸形矫形效果欠佳。与SPO截骨相较，PSO截骨对H1-H2<1.5h的畸形和主弯α1-α2>30°的畸形矫形效果相当，但手术时间和出血量均显著增加。1例PSO截骨术后患者出现下肢麻木，提示PSO截骨可能适用范围为侧后凸H1-H2=1.5h～2.0h和牵引后α1-α2=20°～30°的患者。若指标小于上述范围可能导致患者承受截骨等级过高的风险，出现如手术时间长、术中出血量多、神经系统并发症、截骨端愈合不良、假关节形成和内固定断裂等不良结果的可能性增加；若指标大于该范围则可能出现矫形效果欠佳。

VCR截骨能使僵硬脊柱侧后凸H1-H2>2.0h的畸形得到50%以上的矫正，同时能使经牵引后主弯α1-α2<20°的畸形得到50%以上的矫正。相较于PSO截骨，VCR截骨对H1-H2=1.5h～2.0h的畸形以及主弯α1-α2=20°～30°的畸形具有无显著差异的矫形效果，但手术时间及术中出血量均有显著增加。1例VCR截骨术后患者出现下肢肌力减退，3个月后逐渐恢复，提示VCR截骨适用范围为侧后凸H1-H2>2.0h、牵引后α1-α2<20°的畸形。若指标小于上述范围则进入PSO截骨适用区间，采用VCR截骨可能导致患者承受截骨等级过高的风险，出现如手术时间长、出血量多及神经系统并发症、截骨端愈合不良、假关节形成和内固定断裂等的可能性增加。

使用上述截骨策略的前提是重度僵硬的侧弯得到充分的牵引。充分牵引即无论采用HALO重力牵引、HALO-股骨牵引还是头盆环牵引，均需到达患者能耐受的最大极限。其判断标准是使用较强效镇痛药物均不能缓解因牵引导致的疼痛，连续两次复查侧弯无好转趋势，牵引时间2周以上，或出现严重并发症如神经系统并发症、针道并发症、颈椎脱位趋势等。当上述并发症出现时立即放松牵引装置并积极处理并发症，患者均可逐渐得到恢复。患者达到牵引耐受极限为合适的手术时机。以牵引最后一次复查X线表现确定椎间盘总开角，依此制定截骨策略。

术前牵引对挛缩软组织有撕裂-修复的重建作用，对脊柱椎间盘、小关节和韧带等组织也有相同作用。牵引后的脊柱形态发生改变，侧后凸角度减小明显，这可能影响手术决策。牵引后主弯、代偿弯、后凸和旋转均有不同程度好转，部分患者矫正率可达70%。与一期矫形相比，牵引后手术的截骨等级、截骨范围和融合范围均降低，同时可降低术中矫形难度，减少手术时间和术中出血量，对手术矫形程度的确定和脊髓的安全有指导作用。在渐进的牵引过程中可观察神经功能状态，避免手术的“矫枉过正”[9]。术前左右侧倾位侧凸自发矫正率远低于后路术后侧凸矫正率，不适合作为严重脊柱侧凸患者术前预测矫形效果的指标[10]。牵引后主弯椎间盘总开角>30°表明无融椎且椎间盘仍然具有良好代偿性，行关节突截骨术后该椎间盘的代偿将进一步扩大，从而提高畸形矫正率，因此，该指标对重度僵硬脊柱侧后凸的治疗较术前左右侧倾位像更有指导意义。

重度僵硬脊柱侧后凸畸形患者，可能是由于青春期快速发育期已经存在的侧弯畸形导致椎体左右受力不平衡，在凹侧形成极大的压应力，致使形态改变，成为楔形的椎体，楔形椎体数量越多则结构性弯曲越严重，弯曲超过椎间盘的代偿能力则将进一步加重侧弯。未见既往关于楔形椎体对侧弯贡献率的研究，本研究将椎体楔形变H1-H2推定为1.5h～2.0h，结果显示对H1-H2<1.5h的楔形变行SPO或Ponte截骨，由椎间盘的代偿来恢复侧弯畸形可取得令人满意的效果；对H1-H2=1.5h～2.0h楔形变行不对称PSO截骨或经椎间盘不对称截骨可取得令人满意的效果；对H1-H2>2.0h楔形变，由于存在明显结构性异常，需行4级以上截骨方能获得令人满意的矫形效果。

综上，本研究提出的截骨策略，对重度僵硬脊柱侧后凸的截骨方式选择具有一定指导意义，既可避免因截骨等级不足而影响矫形效果，又可避免患者承受截骨等级过高的风险。但本研究样本量较小，未来需进行更进一步的观察与多中心研究检验和改进该截骨策略的实际使用效果。另外，本研究存在影像学测量可操作性欠佳的缺陷。但随着人工智能的发展和计算机图像识别技术的提高，影像学测量将不会成为该策略研究与应用的障碍。目前，机器学习过程已衍生为完全自动化的程序，无需人工干预即可处理大数据[11]。人工智能已被应用于骨科手术和骨科影像学检查如脊柱核磁共振成像等[12]。Ravi等[13]展示了深度学习可以预测腰椎后路椎间融合器融合术的并发症和病死率。IBM Watson AI 医疗系统具有机器学习和自然语言处理能力，可帮助医生查阅患者的电子病历并检索相关文献，帮助医生做出有效的决策[14]。AI 系统可以提取人眼可见或不可见的图像特征，为骨科医生提供影像解读报告，极大地提高了医生的读片效率。手术机器人在骨科的应用将日益广泛，该截骨策略经积累及改进后可能对机器人手术截骨策略的确定有重要意义。