采用微创腰椎椎间融合联合椎弓根钉棒固定治疗腰椎滑脱症的临床疗效

牛海明 王庆春 徐新宇

腰椎滑脱症(lumbar spondylolisthesis,LS)作为一种常见的腰椎疾病，其发生原因复杂，如创伤、先天性发育不良、病理性骨折等原因都有可能引起；症状以腰骶部疼痛、坐骨神经受累、间歇性跛行等较明显。据统计，腰椎滑脱症发病常见滑脱部位为L4～L5及L5～S1。峡部崩裂、退行性病变各15.0%和35.0%[1]；欧洲发病率约在4.0～6.0%之间，中国发病率约在4.7%～5.0%[2]。保守治疗和手术治疗是腰椎滑脱症治疗的临床常见方法[3]。腰椎侧方入路融合术(oblique lateral interbody fusion，OLIF)广泛应用于腰椎滑脱、腰椎间盘突出症等临床治疗。从腰椎滑脱症患者的多裂肌和最长肌间隔处入路，无需剖离椎旁肌，还可实现一个或多个节段融合，对患者整体损伤较小[4]。OLIF联合Wiltse入路对腰椎滑脱症患者进行治疗可收到较好效果，但二者联合干预的固定稳定性是否可靠，对融合器下沉及椎间融合影响如何，尚待更多佐证依据。本研究通过有限元分析(finite element analysis，FEA)构建OLIF辅助Wiltse入路模型，探讨腰椎侧方入路融合术联合椎弓根钉棒固定置入治疗LS的临床疗效。

资料与方法

一、资料

2017年1月至2020年7月江苏省连云港市灌云县人民医院骨科收治的27例腰椎滑脱症患者；男22例，女5例；年龄45～75(56.8±10.6)岁；病程24～60(34.6±3.6)个月；在正常L3～S1节段CT扫描的基础上采用OLIF联合Wiltse入路的方法,设为观察组。同期常规对照组纳入行单纯小切口 Wiltse入路椎弓根螺钉固定术27例腰椎滑脱症患者；男21例，女6例；年龄45～75(56.7±10.6)岁；病程24～60(34.6±3.6)个月。两组上述常规资料相比差异无统计学意义(P>0.05)。所有受试者的纳入与排除标准均按《腰椎滑脱症》、《腰椎滑脱症(修订)中医整脊诊疗指南》和《腰椎滑脱症诊治指南》等文献筛选与制定[5-7]，经本院医学伦理深刻批准。课题符合《赫尔辛基宣言》自愿、保密、有益、公平原则等医学研究准则[8]，各项护理活动质量控制均由护理行政委员会(nursing administration committee，NAC)-专家实践委员会(expert practice committee，EPC)-临床实践委员会(clinical practice committee，CPC)组织管理与控制。

二、方法

1.腰骶椎FEA的构建：所有受试者影像学资料均用宝石能谱CT(美国GE公司生产，型号：GE Discovery CT 750HD)进行层厚0.625 mm连续扫描(对照：1名健康志愿者，既往无腰椎创伤及腰椎病变及其他疾病史)，并将所有原始数据进行DICOM格式处理与保存。先将存为DICOM格式的志愿者(1名)的CT数据导入Mimics20.0软件(医学有限元建模)后截取脊柱节段(L3～S1椎体)和阈值范围然后剔除脊柱三维初步图像中存在的缺如部分和消除多余部分(用Mimics软件中的Edit Masks执行)。使用3D计算功能键建立三维模型和对三维模型(利用Wrap和Smooth功能键)进行光滑处理。最终得图1A所示的脊柱节段初步模型和图1B所示的精细处理后的脊柱节段模型。结合图1B来看，精细处理后松质骨在皮质骨(厚度为1.0 mm的壳状物)的包绕下贴合紧密。

图1 脊柱节段的三维建模与精细处理 A脊柱三维初步处理 B脊柱三维精细处理 图2 内固定及椎间融合器实体模型 A Capstone椎间融合器集合模型 B Clydesdale椎间融合器集合模型 C UPASS2椎弓根钉棒系统

2.内固定及椎间融合器模型构建：获取钉棒(椎弓根钉棒系统，山东威高公司生产，型号：UPASS2)、椎间融合器(美敦力公司生产，型号：Clydessale、Capstone系列)的形状参数后，使用Freeform建模软件构建二者的三维实体模型。模型构建成功并确保达标后将腰椎滑脱症患者的相关手术置入器材文件导入Geomagic软件进行逆向工程处理，直至获得如图2所示的内固定及椎间融合器实体模型。

3.实验模型构建：在上述基础上，再次使用Freeform建模软件将精细处理后的脊柱节段模型、内固定系统、椎间融合器装配处理。随后构建3种OLIF模型(表1)。最终所得的M0、M1、M2、M3模型的具体情况如图3。

表1 腰椎侧方入路融合术模型的分类及描述

图3 OLIF实验模型的分类对比 A M1模型 B M2模型 C M3模型 D M0模型

在上述基础上，将4种STEP文件导入Hypermesh软件进行针对性有限网络划分，最终得M1、M2、M3、M0节点数，依次为134875、138267、145023、135607个。将上述4个节点文献处理呈BDF格式，并导入MSC.Patran/Nastran软件进行韧带重建，获得前纵、后纵、黄、横突间、关节囊、棘间和棘上韧带等的有限元模型。本研究中3组OLIF手术模型均不切除韧带。根据OLIF手术模型设定接触对并定义，即椎骨与上方参考点直接的接触，记为耦合。随后进行L3～S1脊椎节段各组织结构及手术置入材料的模型材料属性假设和参数赋予(表2)[9]。

表2 L3-S1脊椎节段各组织结构及手术置入材料参数表

4.手术方法与术后处理：(1)观察组手术方法：观察组患者(27例腰椎滑脱症)均用静吸复合麻醉，取右侧卧位。用记号笔标记髂棘及第12肋骨下缘，C臂X线机定位L 4、5椎间隙。于椎间隙中点前方3～5 cm处作一长约4 cm斜形切口。依次钝性分开腹外斜肌、腹内斜肌、腹横肌。用长柄骨膜剥离器在腹膜后钝性分离，显露腰大肌前缘与髂血管间隙。透视、确认融合节段，置入逐级扩张器，安装工作通道。撑开并逐级刮除椎间盘及上、下终板软骨。试模并确认椎间融合器型号，植入填充人工骨(TWRIGH公司，美国)OLIF25椎间融合器(Medtronic公司，美国)。更换俯卧位。作腰椎后路 L4、5节段双侧约4 cm长切口。于多裂肌及最长肌间隙Wiltse入路植入椎弓根螺钉。术后常规规律镇痛处理。术后第1天静脉滴注帕瑞昔布钠。第2天改为口服艾瑞昔布。术后第2天允许患者佩戴腰围在助步器辅助下下床行走。(2)对照组手术方法：采取前单纯小切口 Wiltse入路椎弓根螺钉固定术。静吸复合麻醉，麻醉后嘱咐患者向左侧卧位。在腰椎后路L4～5做4 cm切口。在多裂肌和最长肌间隙 Wiltse入路弓根螺钉。

结 果

1.FEA模型的有效性验证：有效性验证分L3-4椎间、L4-5椎间和L5-S1椎间相对活动度(range of motion，ROM)。以M0脊柱模型为基础计算前屈+后伸，左+右侧弯和左+右侧弯3项指标的ROM值。结果显示，本研究所验证模型有效(图4)[10-11]。

图4 本研究与既往研究的模型有效性验证 A L3-4椎间相对活动度 B L4-5椎间相对活动度 C L5-S1椎间相对活动度

2.有限元模型L4-5ROM相对M2增量百分比分析： M0、M1、M3模型在前屈、后伸、侧弯(左右)、旋转(左右)等状态下的ROM值均高于M2，前屈和后伸的增量各75.46%和85.36%，58.23%和70.42%，-25.31%和-25.37%，侧弯(左右)增量各31.65%和14.07%，29.54%和13.44%，-20.95%和-23.42%，旋转(左右)增量各21.48%和15.03%，11.88%和8.72%，-16.45%和-16.87%。由此可见，M2在上述不同运动状态下的ROM值较M0和M1更低，较M3更高(表3)。

表3 有限元模型L4-5ROM相对M2增量[百分比(°)]

3.融合器和钉棒应力值(MPa)增量比较比较：在直立、前屈、后伸、左右侧弯，左右旋转等运动状态下，椎间融合器的等效应力峰值构成比均有所变化。相较M0和M2融合器等效应力峰值，M1显著增高，最大为40.5%(后伸)；最小为-1.9%(直立)。M3则降低，最大为-68.3%(后伸)；最小为-4.12%(右旋转)。相较M0和M1手术模型钉棒的融合器等效应力峰值构成比，M2和M3显著上升，其中M2上升最大为69.8%(后伸)，最小为16.5%(右侧弯)；M3上升最大为46.2(后伸)，最小为16.8%(直立)(表4，5)。

表4 不同运动状态下各椎间融合器应力最值[MPa(%)]

表5 不同运动状态下各手术模型钉棒应力最值[MPa(%)]

综上，本研究建立了以空白对照(正常脊柱)的L3-S1有限元模型，并对其有效性进行了验证，可用于腰椎滑脱症的临床手术辅助治疗。较OLIF Stand alone(M1)模型，OLIF+左侧椎弓根钉棒固定模型(M2)和OLIF+双侧椎弓根钉棒固定模型(M3)对腰椎滑脱症的临床治疗效果更好，可给相应融合固定节段提供足够的椎间稳定性。

4.实例分析：联合组术中(手术时间、暴露时间、显露出血量及总出血量)指标均低于常规治疗组(P<0.05)。术后1年随访时，联合组的日本骨科协会评估治疗评分(Japanese Orthopaedic Association Scores，JOA)改善率和腰痛疼痛视觉模拟评分(visual analogue score,VAS)评分均优于常规治疗组(P<0.05)(表6)。

表6 联合组与常规治疗组的手术前后各项指标比较

讨 论

既往大多通过临床研究或体外实验的方式对脊柱的力学性能进行评估，但受脊柱结构复杂的影响，有效获取其生物力学资料便受到了极大程度的限制。而从既往研究结果来看，相较于临床研究或体外实验而言，FEA无需新标本即可修正个体参数变量，也可为脊椎力学性能在不同手术方式及治疗手段中的应用提供便利。故本研究旨在通过FEA与实证分析相结合的方式进行了针对性研究。

腰椎椎间间融合术有多种[3]。本研究在结合OLIF手术较传统手术在腰椎滑脱症钉棒和椎间融合器应力峰值降低方面的优势的基础上，构建了OLIF联合Wiltse入路椎弓根螺钉固定的三维有限元模型[12-14]。结果显示，本研究模型不仅可达间接腰椎滑脱症钉棒和椎间融合器应力峰值减压、纠正滑脱、提供更大椎间融合面积的目的，且对螺钉固定稳定性的帮助也更显著。即相较于OLIF Stand alone(M1)模型而言，采用OLIF+左侧椎弓根钉棒固定模型(M2)和OLIF+双侧椎弓根钉棒固定模型(M3)对腰椎滑脱症的临床治疗效果更好，给相应融合固定节段提供足够的椎间稳定性。同时，对照试验研究结果发现，联合组(OLIF联合小切口Wiltse入路)术中(手术时间、暴露时间、显露出血量及总出血量)均低于常规治疗组；术后1年随访时，联合组JOA改善率优于常规治疗组。这说明该术式同传统前路病灶清除联合后路内固定手术治疗方式一样具有创伤小、并发症少等特点，且椎间融合率较高进而有效提高了JOA改善率，是一种安全、有效的治疗腰椎滑脱症术的方法，可用于腰椎滑脱症的临床手术治疗。但本研究依旧存在不足之处。一是在建模过程中未纳入肌肉受力分析与形态学之间的结构指标；二是小样本回顾性研究且随访时间短，缺乏多中心临床随机对照。故未来有待提供更全面的佐证依据，以便减少并发症发生，提高手术安全性。

综上所述，OLIF联合Wiltse入路在腰椎滑脱症的临床治疗中临床效果更好，可给腰椎间融合固定节段提供足够的椎间稳定性。