颈椎椎弓根螺钉内固定技术的研究进展

颈椎椎弓根螺钉内固定技术的研究进展

目前，脊柱后牙冠层形成的临床方法主要分为钩棒系统和杆棒系统。钉棒系统主要又包含侧块螺钉系统和椎弓根螺钉系统。自1994年Abumi等首次报道颈椎椎弓根螺钉置钉技术以来,十余年的基础研究及临床应用经验证实,颈椎经椎弓根螺钉内固定较其它方法具有更优异的生物力学性能,在维持轴向旋转、屈伸稳定性方面有明显优势,可以三维矫正畸形和椎体不稳,恢复、维持正常的椎间高度和生理曲度[2~5]。Jones的颈椎椎弓根螺钉和侧块螺钉拔出力量对照试验显示前者是后者的2倍,满意的临床应用效果[2~8]使其具有广泛的适应证[6~8]。但由于颈椎椎弓根直径较小,个体差异、局部解剖变异和其毗邻关系复杂,其内侧为颈髓,外侧为椎动脉,上、下均为神经根,螺钉的置入具有很大的风险性[9~10],因此该技术的临床应用受到限制。其关键在于螺钉的置入必须经过三维空间的唯一一个正确通道,为此国内外学者们对颈椎椎弓根螺钉的置入技术做了大量的基础与临床应用研究,本文对国内外研究成果、颈椎弓根螺钉置入技术进行总结,综述其现状与进展。1确定腰椎弓根位置和角度是依据骨骼的一般解剖特点,主要以后方小关节、侧块外缘、椎板表面等为参照物,或建立坐标,或直接寻找、探查来确定椎弓根位置和角度的进钉方法。1.1测定定点握力法1.1.1腰椎螺钉固定C3-C7进钉点为下关节突下缘下方2mm、侧块外缘向内约5mm处为进钉点,磨钻磨除皮质骨,显露椎弓根的入口,小头刮匙刮除部分松质骨后探针探测椎弓根髓腔,插入定位针,内倾角根据术前CT片测量确定,然后透视正侧位确定和校正进钉点与方向,拧入螺钉。螺钉拧入方向一般为椎体矢状面外展25°~45°,C5-C7与上终板平行,C4钉尖端略向头侧倾斜,C3较C4再略向头侧倾斜。Abumi等对180例患者实施颈椎椎弓根螺钉,共置钉699枚,术后CT显示有45枚螺钉(6.7%)穿透椎弓根,其中1例损伤椎动脉,2例引起神经症状,椎弓根命中率为93.3%。1.1.2侧块表面进钉方向于置钉椎的上一椎节左右下关节突下缘连横线,再于相邻椎体侧块外缘连纵线,进钉点为横线下1.6~2.6mm;纵线内约4.5~6.4mm处;进钉方向在水平面上与侧块表面呈90°~100°、矢状面上与侧块表面呈53°~94°夹角。该法实验和临床置钉相关报道少,国内实验报道置钉准确率只有29.1%,失误率较高,其原因考虑用弧面的侧块表面作为目测参照面易产生误差,另外还与我们黄种人骨骼尺寸较小相关。1.1.3c7与佐布花片上缘略以关节突背面中点为原点建立平面直角坐标系,进钉点为C3-C6在外上象限的中点,C7在Y轴上,上关节面下缘略下方;进钉方向为C3-C6与矢状面呈40°-45°夹角,C7与矢状面呈30°~40°夹角,平行相应节段椎体上终板。王东来等临床应用19例患者,无神经根、脊髓及椎动脉损伤。1.1.4-c7的表现吴战勇等将关节突背面画三条垂线分关节突为四等份,进钉点在C3-C5为外1/3垂线上,距上位椎节下关节突下缘3mm处,C6-C7在中垂线上距上位椎节下关节突下缘2mm处;进钉方向与椎体矢状面夹角C3-C5为40°,C6-C7为35°,与椎体水平面夹角(水平面为0°,以上为正,以下为负)C3-C4、C5、C6-C7分别为-5°、0°、5°;他们应用的17例患者中椎弓根内置钉有3枚螺钉位置不准确,1枚螺钉部分斜入上位椎间盘,1枚进钉点偏下,部分进入椎间孔内,1枚螺钉损伤椎动脉。1.1.5状面c3-c7与腰椎c7的角度于上关节突关节面最低点下方3mm处为进钉点,方向为与椎体矢状面C3-C5呈45°、C6-C7呈35°夹角,与椎体水平面的夹角(水平面为0°,以上为正,以下为负)C3-C7分别为-9°、0°、8°、15°、13°。该法临床未见应用报道。1.1.6进行人工定向置钉Jeanneret等将进钉点定位为侧块中部,距上关节面下缘3mm,进钉角度根据术前CT扫描及术中影像确定。据作者本人报道,33枚螺钉中有10枚造成部分椎弓根皮质穿破。目测定点定向置钉方法简单、方便、快捷,对手术条件要求不高,但需要依赖较丰富的解剖和临床经验,手术风险较高。在应用于退变、增生较重的老年患者时,因侧块外缘、上下关节突下缘模糊不清,判断有时困难,加之术中X线为二维平片,在进钉点和角度的判断上有时容易产生误差,尤其在下颈椎的C6、C7,甚至有些过于短颈患者的C5,透照时被肩部遮挡而无法影像确认定位针位置时,易造成进钉失误。1.2找不到椎弓根法1.2.1术后影像学及解剖结果该法将所需固定节段椎板部分切除开孔,直接探查寻找椎弓根位置或显露椎弓根,直视下置入椎弓根螺钉。Miller等分别使用传统Abumi法置钉38枚和椎板部分切除椎弓根探查法置钉40枚,术后影像学和解剖标本验证结果显示Abumi法置钉椎弓根皮质穿出率为47.37%,而椎板部分切除椎弓根探查法为25%,表明后者的椎弓根穿破率较前者低,安全性提高,但仍有较高的椎弓根皮质穿破率。Abumi认为椎板打开后脊髓直接暴露,容易损伤脊髓,并且椎板切除后会造成椎弓根内侧壁结构薄弱,置入螺钉时容易造成椎弓根内侧壁骨折,螺钉向内侧偏移。1.2.2螺钉固定在正侧脑中的安装该法在拟固定椎与相邻椎椎板之间开窗,大小以能容纳神经剥离器进入即可,用神经剥离器探查确认椎弓根的内侧缘和上、下缘,根据Abumi法确定进钉点,磨钻磨除进钉点骨皮质,利用尖锥从此处旋转轻轻推入,尖锥方向与矢状面夹角在C3-C6为40°~45°、C7为30°~40°,水平面上尖锥方向应尽量与椎体的上终板保持平行,操作同时目测椎弓根内侧缘、上下缘的神经剥离器所在方向,确保尖锥方向始终在椎弓根中央,进入深度约2~2.5cm,用探针探查周壁有无穿破,置入定位针,经C型臂X线机透视无误后,置入合适螺钉。该法报道其置钉准确率为93.26%。1.3管道连接法1.3.1腰椎弓根进钉和螺钉安装该法以外侧椎动脉沟、下关节突、C2内侧椎弓根皮质和C7横突为骨性参照标志。椎弓根进钉点:C3-C4为下关节突外1/3,C5为下关节外或中内1/3,C6位于关节突内1/3,C7多数椎弓根位于横突下。确定进钉点后,以椎弓根内侧壁皮质骨作为进钉的安全引导标志。用咬骨钳和骨凿去除入口外层皮质骨,再用一小刮匙紧贴椎弓根内侧壁旋转刮除椎弓根内松质骨,直视下显露椎弓根管,然后用一小探针深入管内确定路径。根据其报道对10具尸体的120个椎弓根螺钉置入,其中7个椎弓根因管腔过于狭窄或管腔封闭无法置钉,94枚螺钉准确置入(83.2%);11枚螺钉轻微穿出椎弓根皮质(9.7%);8枚螺钉严重穿出椎弓根皮质骨(7.1%)。1.3.2腰椎弓根寻找法先在侧块背面上1/2,确定一个约5mm×9mm的椭圆孔(椭圆孔位于椎弓根轴线与侧块背面皮质骨交点和椎弓根管口内侧缘起点平行矢状面的延长线与侧块背面皮质骨交点之间)作为进钉区域,用咬骨钳或磨钻磨去骨皮质,刮匙刮除松质骨直至椎板内层皮质,沿椎弓根轴线方向,旋转刮除松质骨到达椎弓根管口,再以直径2mm刮匙刮除椎弓根管内松质骨,直视下显露椎弓根根管,然后将克氏针置入椎弓根根管内,C型臂X线机透视确认,按导针方向扩孔、置钉。谭明生等报道的32例患者,96枚螺钉中有5枚穿破椎弓根,准确率为94.8%,其中4枚穿破皮质骨在1.0mm以内,未造成周围组织损伤,1枚螺钉穿破椎弓根皮质大于1.5mm,出现一过性神经根刺激症状。椎弓根寻找法置钉操作较传统的目测定点定向法直观,可减少个体形态学变异的影响,减小依靠解剖结构目测进钉时的盲目性和风险性,在同时需要做椎板切除椎管减压时较为方便。但操作过程中的探查、寻找可能引起周围静脉丛的出血和延长手术时间。虽然探查、寻找椎弓根,但Abumi等传统目测置钉操作法的要点、娴熟解剖知识和影像透照确认仍然是该法手术成功与顺利的基础与保障。2设备辅助螺纹放置是通过特制工具、器械装置,或应用工业仪器、设备等辅助定位、导向置钉。2.1腰椎置管术后布置三维定位器是依据颈椎椎弓根解剖特点特制的定位器械。使用时需参照置钉椎体节段1:1椎弓根CT影像,用游标卡尺、角度测量仪精确测量影像相关解剖数据,通过器械上的螺旋和角度弧的调节将数据输入定位器中。手术时把已输入患者相关解剖数据的三维定位器卡放在下关节突下缘中点上,则三维定位器的瞄准器所指向位置即为椎弓根的空间位置,经瞄准器钻孔后插入克氏针,透视确认后置钉。有学者报道置钉90枚,椎弓内置钉率90%,椎弓根穿破率10%;其中造成神经根损伤2枚,占2.22%;椎动脉损伤1枚,占1.11%,无脊髓损伤。2.2轴位ct图和斜位x线片轴位x线片,推导出腰椎弓根术前影像学数据与ud该法是一种能三维调节角度的手持式置钉装置,利用图形矢量化软件快速处理术前轴位CT图和45°斜位X线片,推导出椎弓根术前影像学数据与瞄准器钻套调整角的关系公式并于该装置上调整钻套角度,精确确定进钉点、置入角度、螺钉直径与长度。根据何彬等报道,共置钉46枚,42枚位置正确,准确率91%。2.3彩色荧光电极电传导装置器械由钻头和手柄组成,中空的手柄内装有电路板,电路板中含有每秒5次的彩色闪光二极管,可反馈探测信息,同时可与标准的EMG连接成为一个神经刺激器。椎弓根钻孔时通过监控电阻变化和肌肉收缩而确定孔道是否偏出椎弓根。根据其报道试验置钉30枚,椎弓根皮质穿破率为11.1%[26.27]。2.4腰椎弓根的定位、置钉该法利用逆向工程原理和快速成型技术,采用患者CT数据,通过三维重建软件建立三维模型,并寻找椎弓根最佳进钉通道,提取数据后,建立与椎骨后部解剖形态一致的模板,将椎骨和定位模板通过激光快速成型技术生产出实物模板,手术时通过定位模板与患者椎骨后部结构吻合而寻找椎弓根位置,经导航孔进行颈椎椎弓根的定位、置钉。根据其报道从C2-C7共置钉88枚,其中有14枚螺钉轻微穿破皮质(<2mm),只有1枚螺钉穿破皮质>2mm。2.5克氏针张量成像法通过患者CT扫描数据,利用反求技术,经过材料的精确堆积,制造仿真颈椎模型,然后在颈椎模型上寻找最佳颈椎椎弓根进钉点和方向,电钻打孔,克氏针插入孔中,石膏围绕克氏针周围堆积,待石膏充分硬结,拔出克氏针,分离模块,则模块上的克氏针孔即为患者术中相应椎弓根进钉位置。手术时将消毒好的模块贴附在患者相应椎骨后方,确认吻合严密后由导航孔(原克氏针孔)克氏针钻孔15mm,插入克氏针透视确认位置无误后依据模型上测量的长度拧入相应尺寸螺钉。该法作者本人临床初步应用7例患者,颈椎置钉24枚,其准确率100%。器械辅助置钉法是手法置钉法和高科技的计算机三维导航置钉法之间的一个过渡与补充,它较徒手置钉经验方面依赖少,容易掌握,准确率较高。但颈椎三维定位器置钉法对术前的影像摄片和测量要求较高,手持式颈椎椎弓根置钉瞄准器法操作过程中仍容易产生误差,而电传导装置法的手术时间较长,进钉点仍须依靠解剖结构目测确定。计算机辅助导航模板法和快速成型模块置钉法均利用患者CT影像数据经计算机处理快速成型制作高精度模型后通过模板、模块定位导向置钉,通过术前模型的制作,能够更加精准地掌握骨骼的解剖特点、损伤程度、畸形移位等,有利于术前手术方案的计划,较其它置钉法更加直观、容易掌握,进一步提高了置钉准确率和安全性,降低了手术风险。3图像辅助设备法术中通过影像设备透照而获得患者椎弓根解剖位置关系,为置钉导向、导航。3.1和方向置钉该法术中通过定位针由连续拍摄的X线片,或透视引导下确定进钉点和方向而置钉。刘亚军等报道的145枚螺钉置入准确率为91.7%,它比传统手法置钉安全性有所提高,但为了确定进钉点和方向需多次透视、摄X线片,耗时较多,射线辐射量较大,延长了手术时间。3.2利用程序模拟和虚拟图像来固定腰椎和回收点其系统组成包含硬件和软件两部分,硬件主要为成像设备、导航定位工具和计算机工作站等,软件的核心部分包括图像处理,匹配和操作系统等。计算机工作站根据术前收集到的患者影像学资料进行图像融合、分析,然后进行注册解剖学标志,术中把动态参考架固定到患者的骨骼上,计算机通过红外线接收动态参考架内红外线二极管发出的信号,算出动态参考架与躯体的相对位置,然后通过程序形成手术中的虚拟图像,定位系统在虚拟图像上追踪手术器械,实时图像显示,指导手术进行。Richter等回顾性研究了传统手法置钉与使用计算机CT导航系统置钉准确性的差异,结果使用传统手法置钉93枚,其中8枚(8.6%)穿破椎弓根皮质,而用计算机导航置钉167枚中只有5枚(3.0%)穿破皮质,表明计算机导航系统置钉可提高置钉准确率。另外田伟等对计算机导航系统和C型臂X线机透视引导颈椎椎弓根螺钉置钉做了对比研究,结果C型臂X线机准确率为91.7%,而三维导航系统是97.9%,明显高于前者。计算机CT导航系统置钉能够更好的计划手术和模拟手术步骤,提高手术的准确性,减少术中放射线辐射剂量。不足的是,术中一旦系统出现故障则不能继续使用。患者CT资料只能术前获取,如术中体位变化,则虚拟三维图像不能真实反映三维关系,有误导术者的可能。术中钻探椎弓根通道,当颈椎活动度较大时,可能导致准确性降低。另外,术前CT三维重建与术中患者骨解剖结构之间的配准精度较低,解剖标记匹配时间长,实时性差,手术时间延长,降低了医生使用的积极性,影响其临床应用。3.3ct技术平台的缺乏在手术室安装专用的CT设备为手术进行即时导航,可简化注册程序,消除术中因体位变化导致的干扰,更真实反映患者颈椎解剖关系。其缺点是需要在手术室专门配备CT设备、特制手术床等,较其它导航系统使用费用高,基层医院难以开展,且术中采集图像时射线辐射较大。根据S