确定脊柱手术矢状面矫形度数的几种实用方法(完全版)

2018-02-28   文章来源:骨科在线   作者:北京大学第一医院 赵耀 李淳德 点击量:260 我要说

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退变性脊柱畸形在临床上并不少见,腰椎间盘的不对称退变引起椎间隙的狭窄、椎体的楔形变、小关节不稳定及增生、肌肉韧带的改变等多因素可导致脊柱的三维畸形,通常患者存在冠状位侧凸的同时也合并矢状位的失衡。脊柱退变性矢状位失衡主要特点为腰椎前凸的显著减少,导致脊柱曲线的改变,进而向上可引起胸椎、颈椎曲度的变化,向下可引起骨盆旋转、髋膝踝关节的屈伸变化,机体需要通过多种代偿机制来尝试维持矢状位的平衡。矢状位失衡的患者常有顽固性的腰背疼痛,如合并椎管狭窄可有下肢疼痛、麻木间歇性跛行等症状,行走功能明显受限。由于行走时身体前倾重心前移,影响患者的平衡功能,增加跌倒等意外的风险。对于脊柱退变性畸形的患者,保守治疗难以取得满意的临床效果,部分患者仍然需要考虑手术治疗。手术治疗的目的为解除神经压迫,纠正畸形,重建和谐的脊柱曲线。

自1998年Legaye等提出骨盆投射角(PI: Pelvic Incidence)的概念[[1]],临床医师逐渐认识到骨盆作为连接脊柱与下肢的中间地带,在维持矢状位平衡中发挥着重要作用。近10年来,脊柱骨盆矢状位平衡一直是脊柱外科的研究热点之一,围绕PI衍生出一系列的脊柱骨盆参数,其中最常用的包括骨盆倾斜度(PT: Pelvic Tilt)和骶骨倾斜角(SS: Sacral Slope)。(图1)骨盆相关参数与患者的健康相关生活质量(HRQOL: Health-RelatedQuality of Life)紧密相关。[[2]]术前通过脊柱全长侧位片测量脊柱骨盆相关参数能够精确的评估患者的失衡程度,理解其代偿机制,并对术前计划提供参考。退变性畸形的患者往往是高龄老年人,存在内科合并症、骨质疏松等相关问题,矫形手术仍具有较大的手术风险。对于脊柱外科医生而言,正确的预测成人脊柱畸形术后的矢状位曲线仍然是一项棘手的难题,约50%的患者术后并不能获得理想的矢状位曲线。[[3]]如何确定具体的矫形度数以获得最好的临床疗效是十分值得关注的问题。

图1. 骨盆参数PI、PT、SS示意图

通过对健康人群的大样本测量分析,Schwab提出理想的腰椎前凸(LL: Lumbar Lordosis) LL = PI±9°。[[4]]PI值受到体位的影响小,术前测量可获得具体数值。手术时患者为卧位,术后站立位时PT等参数可发生改变,因此运用PT等受体位影响的参数并不能准确评估术后骨盆的矢状位状态。而腰椎前凸可通过术中减压、截骨、弯棒等手段控制,尤其是长节段固定的患者术后腰椎前凸基本维持不变。PI-LL又称为骨盆腰椎匹配值,能够简便的估算腰椎前凸减小的患者术中腰椎需要矫形的度数。例如患者PI为50°,实测腰椎前凸为20°,则需要矫形的度数为30°。该方法简便易行,在临床上使用广泛。

在此基础之上,成人脊柱畸形的SRS-schwab分型提出了三项矢状位修正参数[4],第一项指标即为PI-LL,其中PI-LL<10°为0组,10°≤PI-LL≦20°为+组,PI-LL>20°为++组,反应骨盆腰椎曲线的匹配程度;第二项指标为矢状垂直轴(SVA: Sagittal Vertical Axis),其中SVA<4cm为0组,4cm≤PI-LL≦9.5cm为+组,SVA>9.5cm为++组,反应整体的失衡程度;第三项指标为PT,其中PT<20°为0组,20°≤PT≦30°为+组,PT>30°为++组,反应骨盆的后倾程度。Schwab认为术后理想的矢状位平衡三项指标应处于0组,+组为轻度失衡,++组则为重度失衡。

Zhang等对于平均年龄65.1岁的退变性侧凸患者长节段融合术后的随访分析显示,术后PI-LL位于+组相比0组和++组,ODI评分及并发症的发生率低。[[5]]Sun等也得出相似的结论,其研究对象为平均年龄63.7岁的退变性侧凸患者,PI-LL位于+组的患者术后效果更佳。[[6]]分析其原因,Zhang和Sun的研究对象为中国老年患者,除与Schwab研究对象的种族不同,高龄也是一项重要因素。正常生理状态下,随着年龄的增长,椎间盘脱水退变、高度降低,腰椎前凸呈逐渐较小的趋势,PT逐渐增加。Hasegawa等测量了126例日本健康志愿者的脊柱全长矢状位参数,得出理想腰椎前凸的计算公式为LL=32.9+0.60*PI-0.23*age[[7]],证实年龄对于矢状位曲线有显著影响。Lafage等认为成人脊柱畸形患者术后的脊柱骨盆参数应根据年龄情况适当调整。对于35岁以下人群,理想的PT=11.0°,PI-LL=-10.5°,SVA=-30.5mm,而对于75岁以上人群,理想的PT=28.8°,PI-LL=17.0°,SVA=79.3mm。[[8]]按年龄分组统计,PI-LL匹配值小的患者更容易出现近端交界性后凸的现象。退变性脊柱侧后凸畸形患者病程长,机体会经历一段较长的代偿适应过程,术中一味追求“理想的腰椎前凸”,不但会增加手术的创伤和时间,矫形角度大也增加了椎弓根钉系统与骨面的接触应力,增加螺钉松动的风险,且术后站立位即刻腰椎前凸显著改变,使得术前长期胸椎前凸减小、骨盆后倾等代偿机制消失,表现为胸椎后凸增大,因此可造成近端交界性后凸等内固定相关并发症。另外对于老年患者,活动耐量下降,日常生活中可能坐位的时间比站立位时间更长。Hey等对青年人进行站立位和坐位的脊柱骨盆参数进行测量,发现由站立位变为坐位时,骶骨变得更水平,平均SS值由33°减少为20°,平均LL由50°减少为25°,胸椎后凸由34°减少为25°,整体脊柱的曲线的弧度减少。[[9]]若行长节段融合手术将腰椎前凸固定于较大值,则患者坐位时不符合正常生理状态,也可能会影响坐位的舒适性。当然,如果矫形度数严重不足,术后仍存在严重的矢状位失平衡,失衡可继续进展,患者症状缓解不明显,且可能加速邻近节段退变等。根据我们的经验,对于老年尤其是70岁以上患者,术后轻度的矢状位失衡,SRS-Schwab分型位于+组,也能取得较好的疗效。(图2)


图2. 77岁女性,术前PI-LL=52°,SVA=21.7cm,PT=44°,ODI评分64.4,行T6-髂骨后凸矫形术,术后1年随访PI-LL=18°,SVA=7.8cm,PT=27°,ODI评分35.6。

PI值反应骨盆的形态,个体代偿矢状位失衡的能力也受PI值的影响。[10]其可能的机制为当骨盆后倾时,骶骨与股骨头间的水平距离(SFD: Sacral-FemoralDistance)增大,PI值小的个体屈髋肌群力臂短,相应在站立位耗能最小的经济圆锥内SFD允许的最大值偏小,限制了骨盆后倾的程度。故PI值较小的患者骨盆代偿能力弱,容易出现失衡状态。Inami等认为术后理想的PI-LL匹配值与PI有关,通过对术后ODI改善良好的患者进行多因素回归分析得出公式:PI-LL=0.41*PI-11.12。[11]根据该公式,当患者PI=50°时,PI-LL=9°,当PI=30°时,PI-LL=1°,提示对于PI值较小的患者,宜将腰椎前凸恢复与PI值相近。当患者PI=80°时,PI-LL=22°,对于PI值较大的患者,因为骨盆后倾代偿能力强,术后可以允许一定程度上LL与PI的差值。对于Roussouly I型[[12]]的患者,PI值偏小,所需要恢复的腰椎前凸值小,但由于此类患者骨盆代偿能力弱,术中对于矢状位的纠正应要求更严格。

在骨盆参数广泛应用之前,评估矢状位整体平衡的主要参数为SVA,SVA>5cm定义为矢状位正平衡。随着对矢状位颈椎-胸椎-腰椎-骨盆曲线认识的深入,现在已很少单独使用SVA判断矢状位平衡状态。SVA受身高的影响,测量的时候还需要比例尺进行标准化。另外,SVA也容易受到脊柱外的因素例如屈膝、踝背屈等代偿姿势影响。例如部分患者脊柱呈C型后凸,但由于骨盆极度后倾代偿SVA仍可处于正常范围内。目前较新的反应整体平衡的矢状位参数有TPA( T1pelvic angle)和GT(Global tilt)。TPA为T1椎体中点至髋轴和骶骨平台中点至髋轴两条直线相交构成的角。GT为C7椎体中点至骶骨平台中点和骶骨平台中点至髋轴两条直线相交构成的角。(图3)相比SVA,TPA和GT受体位的影响小,同时包含脊柱和骨盆的平衡状态,且与HRQOL评分显著相关。[[13]]文献报道ODI评分40相对应的TPA和GT的阈值分别为26.0°和33.7°。

图3. TPA和GT示意图

临床上在评估矢状位平衡时,同时应该考虑到腰背部肌肉的质量。骨盆前倾时,通过肌电图测量显示竖脊肌和多裂肌的活动度明显高于其他肌群,而在骨盆后倾时,腹横肌的活动度较高。[[14]]Hyun等报道腰椎退变性后凸畸形患者L4、L5水平多裂肌和竖脊肌的肌容量小,肌肉脂肪化程度高。[[15]]Yagi等对成人腰椎退变性后凸畸形的患者进行腰椎MR检查,在L5/S1横截面观察多裂肌的性状,当多裂肌横截面积<300mm2或者脂肪化程度>80%,患者多合并有严重的脊柱骨盆失平衡。[[16]]腰背部肌肉的退变,尤其是多裂肌的退变,使得脊柱的稳定性减退,是引起矢状位失衡的危险因素之一。对于退变性畸形手术的患者而言,腰椎MR已是必备检查,除了常规观察患者腰椎间盘突出、椎管狭窄、侧隐窝等结构的同时,应注意棘突旁肌肉的性状。若肌肉萎缩、脂肪化,提示腰背肌无力,可能需要适当延长固定节段防止矫形效果的丢失。

最近Yilgor等针对成人脊柱畸形患者术后的矢状位平衡提出了一种新的评价方法-GAP (Global Alignment and Proportion)评分。[[17]]该评分系统包含5个项目,分别为相对骨盆旋转(实测SS-理想SS)、相对腰椎前凸(实测LL-理想LL)、前凸分布系数(L4-S1前凸占L1-S1前凸百分比)、相对脊柱骨盆排列(实测GT-理想GT)和年龄。虽然该评分主要用于预测术后内固定相关机械性并发症的发生率,但其评分项目中强调了前凸分布系数仍对我们有一定启示。正常下腰椎前凸占总前凸曲线2/3左右,而下腰椎前凸实际与SS值相等。因此在手术时,除了注意腰椎整体前凸,还应在下腰椎区域进行松解,恢复前凸的主要部分,减少骨盆后倾。

PI-LL的计算方法涉及的部位为腰椎和骨盆,而对于胸椎或胸腰段存在明显后凸畸形的患者并不适用。Huec等[[18]]提出了胸腰椎失衡手术矫形度数的整体设计方案。该方法主要涉及三个角。(图4)1、颈7移位角(C7TA: Angle of C7 Translation):正常人腰椎前凸的顶点位于L4椎体水平。因此矫形设计的几何图形以L4为参考点(c点)。良好的平衡时C7椎体位于骶骨平台的上方,故需要将当前C7下终板(a点)移至经过骶骨的铅垂线上(b点)。由a,b与C点连线构成的角度C7TA。2、股骨倾斜角(FOA: Angle of Femur Obliquity):为股骨干与铅垂线间的角度。正常站立位下股骨应该垂直,屈膝时会使得股骨干与铅垂线间呈角,并与屈膝角相同。膝盖屈曲代偿矢状位失衡是一种非经济的方式。重建平衡时应该考虑到该角。3、骨盆倾斜代偿角(PTCA:Angleof Tilt Compensation): PT较理论值明显增大,提示骨盆存在后倾代偿。术前设计时也应该考虑到对骨盆代偿角度的纠正。Huec等界定当PT值小于25°时PTCA为5°,大于25°时PTCA为10°。整体平衡矫正角(FBI:Full Balance Integrated)FBI=C7TA+FOA+PTCA。研究选取单中心2位骨科医师所行的严重矢状位失衡经椎弓根椎体间截骨术(PSO)和Smith-Petersen截骨术(SPO)矫形的病例,采用回顾性分析比较未使用FBI方法及使用后两组病人手术的疗效。前者ODI评分改善率为44.56%,后者为58.62%。未使用FBI方法时由于忽略了股骨倾斜角和骨盆倾斜角,存在矫正不足的现象。而实际矫形度数与FBI方法计算出的理论值相似时,病人的C7铅垂线和临床疗效均更佳。

图4. 术前计划C7TA、FOA的示意图

FBI方法的不足之处主要在于对骨盆倾斜代偿角度的估算过于笼统,另外对于胸椎存在活动度的病人,失衡时胸椎后凸减小,矫形术后胸椎后凸有增加的趋势。为了弥补以上缺陷,Lamartina等[[19]]提出了另外一种方法。首先确定主要截骨节段水平线与经骶骨后上角铅垂线的交点(a)。(图5)定义a点与C7椎体连线和股骨轴线相交所成的角为脊柱股骨角(SFA: Spino Femoral Angle)。SFA可近似等于FOA与C7TA之和。Lamartina等认为病人首先通过髋关节过伸(最大限度约10°),若不足已代偿才会屈膝进一步后倾骨盆。因此在测量股骨倾斜角时就已经估测了骨盆的后倾代偿,其值为股骨倾斜角与髋关节后伸度数之和。最后对于胸椎存在活动度、胸椎后凸减小的病人,矫形应包含术后胸椎后凸角可能增加的度数。Lamaritina等假设术后最终的胸椎角与病人胸椎过屈位的值相等。胸椎后凸增加角(ITK:Increase in Thoracic Kyphosis)为过屈位(ATK: Acrive Flexion ThoracicKyphosis)与站立位TK之差。故最终需要矫形的角度为:SFA+10°+ITK,其中ITK=ATK-TK。建议临床上对于成人脊柱畸形患者常规完善脊柱全长过伸过屈位检查,测量胸椎、腰椎活动度,预判融合术后未固定节段的曲线变化幅度,对于融合节段的选择提供参考。

图5.术前计划SFA的示意图

实际上C7铅垂线并不代表身体的重力线,理想的矢状位平衡躯干的重力线应与下肢重合。Song等[[20]]从生物力学的角度分析,肺门(HP: hilus pulmonis)与躯干重心的位置相近,当骨盆及下肢处于中立位时,肺门应位于髋轴上方。因此可根据术前术后肺门的位置确定矫形的度数。该方法首先考虑骨盆的后倾代偿,根据PI值计算出理想的PT值,公式为PT=0.37*PI。然后连接髋轴和骶骨平台中点,根据计算出的理想PT值以髋轴为顶点画出术后理想的铅垂线。选择术前计划中的截骨顶点(RP: rotationpoint),以RP为圆心,以RP-HP为半径做圆弧,在RP上方与理想的铅垂线相交,交点HP’为术后理想的肺门位置,HP’-RP-HP所构成的角度即为所需的截骨角度。(图6)Song等将该方法运用于强直性脊柱炎患者的术前计划,提供了精确的矫形度数计算,术后患者矢状位获得明显改善。

图6.术前计划HP’-RP-HP示意图

以上三种矫形度数的计算方法,相对较复杂,虽没有PI-LL在临床上运用广泛,但我们依然可以体会到作者们在设计时的精妙之处,补充了对于存在胸段后凸畸形患者PI-LL的不足,值得学习思考和借鉴。目前也有电脑测量软件例如Surgimap影像分析软件 (Nemaris Inc, New York)供临床医师使用,导入图像后可以方便的测量脊柱骨盆参数,并且能够在图像上模拟PSO截骨,用于术前计划估算截骨度数。

对于脊柱外科医师而言,退变性脊柱畸形的手术治疗仍然充满了挑战。术前测量脊柱骨盆矢状位参数进行详细的术前评估是必不可少的步骤。针对不同的个体,应结合年龄、骨盆参数、代偿机制、肌肉情况、合并症等多种因素综合考虑,选择合适的矫形度数估算方法。对于高龄患者,术后矢状位处于轻度正平衡状态也可获得较好的疗效。



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北京大学第一医院 李淳德教授点评:  

本文是我科在2017年12期读书沙龙中,比较优秀的一篇综述。它回顾了近些年临床上使用的矢状位矫形度数计算方法及一些新的参数和理念,供广大脊柱外科医师参考,这些方法由简便到复杂,各有特色,涵盖广泛,具有一定的临床参考意义。当然,对于脊柱矢状位的研究和认识也处于不断更新变化的过程中,脊柱外科医师可结合自身的经验,选用合适的方法进行术前计划,最终目的均是使患者获得满意的疗效。


作者简介


赵耀,北京大学第一医院骨科主治医师,2013年于北京大学医学部获得外科学专业博士学位。

研究方向:脊柱平衡学、老年脊柱退变性疾病的诊疗、腰椎病变的微创治疗。工作期间参与《牛津骨科学》等骨科著作的翻译工作,具有国家、北京市自然科学基金相关科研项目工作经验,并在脊柱骨盆矢状位参数研究方面发表多篇学术论文。


点评专家简介



李淳德,北京大学第一医院骨科主任医师、教授、博士生导师、骨科主任。

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