皮质骨轨迹螺钉技术在腰椎融合术中的应用
2021-03-15 文章来源：温州医科大学附属第二医院 胡新力 吴爱悯 倪文飞 点击量：4543 我要说
来源：温州医科大学附属第二医院骨科脊柱外科
作者：胡新力 吴爱悯 倪文飞
前言
腰椎融合术是治疗脊柱疾病(包括腰椎退变性疾病、畸形、骨折及肿瘤等包括退行性变、腰椎管狭窄、脊柱畸形、和肿瘤等)的常用的手术方式。
腰椎融合术需要坚强的内固定，而双侧椎弓根螺钉(pedicle screw，PS)内固定是最常用的经典固定方式，传统的椎弓根螺钉与椎弓根后内侧壁、前外侧壁接触，依靠这两点接触达到其固定的作用。
2009年，一种全新的内固定置入技术首次被提出，通过椎弓根在横断面上由内向外、矢状面由下向上置钉，为了与传统椎弓根置入技术区别，称之为经皮质骨轨迹(cortical bone trajectory,CBT)螺钉技术[1]。
CBT螺钉置钉点较传统椎弓根螺钉更偏内、偏下，靠近峡部，暴露更容易，能减少软组织的剥离程度。此外，CBT螺钉可与植入点背侧皮质骨、椎弓根后内侧壁、前外侧壁及椎体壁做到四点接触，进而显著提高螺钉的把持力(图1)。
与传统椎弓根螺钉相比，CBT技术采用的螺钉具有更小的直径、更短的长度，并且螺纹排列更紧密，从而增加与骨皮质的接触面积，增加螺钉的强度及稳定性；另外，CBT螺钉轨迹自内而外、由下而上，避开硬膜囊和神经根走行部位，从而降低神经、血管损伤的概率。
鉴于以上特点，CBT螺钉技术为脊柱内固定提供了一种新的、有效的、微创的选择。
图1 绿色箭头：椎弓根后内侧壁；红色箭头：椎弓根前外侧壁
蓝色箭头：背侧皮质骨壁；黄色箭头：椎体壁
CBT螺钉：进钉点偏内；螺钉向上，向外；四面皮质骨固定
PS螺钉：进钉点偏外；螺钉向前，向内；两面皮质骨固定
技术方法
CBT螺钉内固定技术是一项微创技术，在手术过程中应始终贯彻微创的理念。
手术采用后正中切口，由于进钉点位于峡部，显露时无需过度牵拉暴露关节突及其外侧组织，单节段手术患者皮肤切口只需约5cm，从融合节段头端椎体的峡部到尾端椎体的棘突下缘。软组织剥离时应小心保留附着于小关节上的多裂肌，以及非融合区域的小关节囊和棘上、棘韧带。
CBT螺钉进钉点的选择基于较多因素：Karataglis等人通过生物力学研究提出，保留椎体背侧皮质骨置钉可使拔出力的峰值增加26%[2]。
Ivanov等人发现峡部的厚度从内侧至外侧边缘逐渐增加，而进针点选择在为上关节突中线与横突下1mm之间的交点，大致位于峡部外侧缘向内3mm左右，正好位于椎体背侧皮质骨且接近峡部外侧处(图2)[3]。
Hynes也报道了进钉点的选定方法，其利用“C”型臂X线机前后位像透视确定进钉点，进钉点位于左侧椎弓根5点钟方向，右侧椎弓根7点钟方向，同时左侧钉道大致为自以椎弓根5点方向向椎弓根11点方向，右 侧自进钉点以椎弓根7点钟方向至1点钟方向进针(图3)[4]。
对于腰椎小关节已被破坏以及有严重脊柱后侧凸的患者，Iwatsuki等提出改进的进针点的选择方法，即由椎弓峡部引导CBT置钉的技术，将进钉点选择在椎弓峡部外侧缘向内约3mm，也就是椎间孔的上缘处(图4)[5]。但是此方法亦有缺陷，虽能提高CBT置钉的准确度，但选择的螺钉更短，且进钉点更靠近椎体的上方，一定程度上减少了螺钉与皮质骨的接触面[5]。
除腰椎外，Matsukawa 等于2014年首次对CBT在胸椎以及骶椎上的应用进行了系统的研究[6,7]。在下胸椎(T9～T12)，进钉点基本位于表盘的6点钟方向，钉道指向其12点钟方向。T9、T10∶上关节突外侧2/3的垂线与横突下缘上方1mm水平线的交点；T11：上关节突外侧2/3的垂线与横突下缘的交点；T12：上关节突外侧2/3的垂线与横突下缘下方1mm水平线的交点。进钉方向在横断面上几乎垂直进钉而无外倾角。
Matsukawa等通过CT扫描对下胸椎进行测量得出：CBT螺钉最大直径、头倾角及螺钉长度从T9到T12逐渐增加，分别为(5.8±1.1mm)～(8.5±1.4mm)、(21.4± 3.3°)～(27.6±3.9)、(29.7±4.6 mm)～(32.0±2.1mm)。
图2 进针点(圆圈标记)为上关节突中心与横突下缘1mm的交点(相当于峡部外侧壁内3mm处)
图3 进钉点的选择及钉道的选择
图4 对于腰椎小关节已被破坏，改进的进钉点的选择方法
当椎小关节严重退变，骨赘增生，进钉点难以暴露时，可用咬骨钳或磨钻将骨赘逐步去除以显露完整的峡部结构。因置钉点位置皮质骨较为坚硬，为了减少峡部骨折风险，建议使用高速磨钻开口，一般磨钻直径选择2mm，开口后以活塞式推进建立通道。建立通道后透视，测深，并使用丝攻进行攻道，丝攻完全后拧入相应规格的皮质骨螺钉(图5/6)。
CBT螺钉钉道非常坚硬，需全程丝攻，丝攻过程中可能出现椎弓根壁破裂，以外侧壁常见，但椎弓根外侧无重要血管神经，很少引起严重损伤。
同时理想的生物力学轨迹对于CBT以获得更好的固定和临床效果至关重要：
以往的生物力学研究发现理想的螺钉轨迹应满足以下几点：
1. 螺纹与皮质骨最大限度的接触；
2. 将螺钉放置在椎体内足够深的位置，以增强固定力并有效分担轴向载荷；
3. 避免与相邻的小关节碰撞。
4. 螺钉从尾端植入；
5. 与椎板内的皮质骨接触；
6. 通过椎弓根的下缘；
7. 螺钉头端朝向上椎骨终板的后三分之一到后半部；
8. 外倾角为25-30°，头倾角8-9°(图7)[7]。
通过总结相关文献得出：临床应用中腰椎CBT固定技术选用的螺钉长度为25～35mm、直径为4.5～5.5mm。就笔者单位的经验，腰椎CBT螺钉技术使用的螺钉适宜长度为30～40mm、直径5.0～6.0mm，但在临床工作中，还需结合患者腰椎实际解剖学特点，个体化选择螺钉的长度和直径。
图5 显露过程
图6 置钉过程
图7 左：理想的皮质骨螺钉轨迹 右：不理想的皮质骨螺钉轨迹（螺钉轨迹偏下、偏内）
CBT螺钉技术的适应证
1. 严重的骨质疏松患者，CBT螺钉技术能增加螺钉与皮质骨的把持力和固定强度[6]；
2. 肥胖及腰背部肌肉过于发达患者，传统椎弓根螺钉对于以上患者进钉点暴露困难，手术切口太深，置钉困难，CBT螺钉技术解剖暴露少，置钉更容易[8]；
3. 可用于脊柱创伤、肿瘤及退变性疾病，尤其适用于需行TLIF/PLIF治疗的单节段腰椎退变性疾病(案例1)[9]；
4. 用于治疗邻椎病，如手术节段可容纳2枚螺钉，可避免移除之前的内置物从而减轻创伤(案例3)[8]；
5. 椎弓根螺钉置钉失败，用于补救性置钉[6]。
CBT螺钉技术的禁忌症
1. 峡部病变导致无法置钉者，如先天性峡部缺损、峡部裂、广泛减压造成的峡部皮质骨缺损及峡部内移或峡部偏窄者[5]；
2. 先天性小椎弓根[8]；
3. 3度以上的腰椎滑移[11]；
4. 有严重骨质疏松的患者可联合两种技术在同一椎弓根置入2枚螺进行强化，但仅用CBT技术则难以获得满意骨-螺钉界面强度，不适用于多节段补救性置钉[12]；
5. 脊柱侧凸或后凸3个节段以上截骨的患者。
CBT螺钉技术的优点
1. CBT螺钉被认为比传统椎弓根螺钉具有更小的侵袭性。
对于侵入性手术，目前趋势正在向最小侵袭性的微创手术方式发展，传统椎弓根螺钉内固定技术手术时需要广泛的软组织剥离以显露关节突关节。而CBT技术置钉点位于椎弓峡部，因此显露时所需手术切口更小，软组织损伤也更小，这在下腰椎手术中体现的更为明显。
更小的侵袭性对于肥胖患者来说更为重要，这些患者中，切口大小、进钉点暴露和置钉尤其具有挑战性。在围手术期，这一优势在理论上能减少术中和术后失血量，减少肌肉损伤，降低术后感染发生率，减轻术后疼痛，降低住院时间和增强术后恢复(图8)[13]。
2. CBT技术可减少靠近椎弓根的神经血管结构的损伤或创伤。
椎弓根周围有许多关键结构，如神经根，硬膜囊，椎体前部有重要的大血管，由于CBT螺钉在横断面上由内向外，在矢状面上由下向上，螺钉沿着一条远离神经根、硬膜囊和椎前大血管结构的路径走行。因此，减少了神经血管损伤的风险，意味着CBT螺钉具有更高的安全性。
3. CBT螺钉还可避免脊神经背内侧支损伤。
一般情况下，由于背内侧支神经与副突毗邻，传统椎弓根螺钉置入时容易受损，引起术后神经根炎，由于CBT螺钉置钉点在椎弓根峡部，距离背内侧神经较远，因此可减少脊神经背内侧支损伤几率[14]。
4. CBT螺钉拥有更强的把持力。
尽管CBT螺钉长度较传统椎弓根螺钉更短，直径更小，但是CBT螺钉增加了螺钉与皮质骨的接触面积，提升了界面强度，在生物力学研究中，它在抗拔出力、插入扭矩、抗屈伸性能等方面更有优势，特别适用于骨量下降和骨质疏松患者，能获得满意的固定强度[6,15]。
5. 减少医源性椎小关节侵扰(facet joint violation，FJV)。
FJV会导致受累节段不稳定，还可能与邻椎病相关。文献报导皮质骨螺钉固定技术的FJV发生率为11.8%(48/404)，且均为l级传统开放椎弓根置钉技术的FJV发生率为15%～100%，Wiltse入路置钉FJV发生率为20%-23%，经皮置钉技术为4%一58%[16]。
6. CBT螺钉技术可能减少腰椎术后腰痛的发生几率和严重程度。
肌性稳定是维持腰椎稳定一个重要因素，而多裂肌是腰椎后方重要的稳定因素，腰椎术后下腰痛的发生往往和下腰部的肌肉损伤有关，因此，术中椎旁肌的损伤特别是多裂肌的损伤可能会导致明显的下腰部疼痛，影响患者康复。
有研究发现，腰椎多裂肌脂肪浸润越严重，出现下腰痛的几率就越高。有文献对比了CBT螺钉和传统椎弓根螺钉固定术后6月前后上下邻近节段的脂肪浸润率变化，结果显示，CBT螺钉组术后脂肪浸润率明显低于传统椎弓根螺钉组(P＜0.05)。
因此，由于CBT螺钉技术对多裂肌损伤较少，术后脂肪浸润率较低，相应的腰痛发生几率和严重程度都会下降[17]。
图8 传统的椎弓根螺钉与皮质骨轨迹螺钉的软组织剥离情况的对比
CBT螺钉技术的疗效评价
目前有许多研究学者进行了皮质骨螺钉技术和传统椎弓根螺钉技术用于后路融合的疗效对比，发现两种技术术后的融合率和疗效虽无明显统计学差异，但使用皮质骨螺钉内固定技术可以明显缩短手术时间、减少术中出血量及缩短术后恢复时间[18][19]。
Mizuno等学者在使用MIDLF技术应用于12位腰椎后路融合病人过程中，无一例患者有手术相关的神经损伤，只有一例患者出现皮质骨折，证明皮质骨螺钉的疗效是确切的[20]。
此外，目前没有高质量的研究证据表明皮质骨螺钉技术和传统椎弓根螺钉技术在并发症上的优劣，在笔者单位已开展对于这两种技术的高质量随机对照研究，相信在不久的未来将会对这个问题有着更为准确的回答。
总结
CBT螺钉内固定技术作为一种新型的腰椎椎弓根螺钉内固定置入技术，具有许多优点，如螺钉把持力强、手术切口小、腰背部肌肉损伤少及术后恢复快等，生物力学也证实了CBT螺钉的抗拔出力和稳定性方面的具有优势，然而目前应用于临床的时间尚短，缺少大规模前瞻性随机对照试验及长期随访来证实该手术方式的安全性和有效性。
目前CBT螺钉技术主要应用于腰椎，在笔者单位，腰椎CBT螺钉内固定已经成为一种常规术式。有报道将CBT技术应用于下胸椎(T9～T12)及骶椎S1，对于是否能推广到中、上胸椎仍需进一步研究。但随着社会人口老龄化进程的加快和对手术微创理念的深入，以及今后对CBT螺钉技术研究的不断发展和技术改进，CBT固定技术的应用前景值得期待，有望能在临床应用中广泛应用。
案例1
腰4/5腰椎管狭窄，行单节段CBT螺钉固定
术前MRI提示：腰4/5管狭窄（左） 术后X线提示：固定良好（右）
案例2
腰3/4，腰4/5椎间盘突出伴椎管狭窄，行双节段CBT螺钉固定。
左图：提示腰3/4椎管狭窄 右图：提示腰4/5椎管狭窄
术后X线显示CBT螺钉未松脱、断裂，螺钉位置良好
案例3
腰4-骶1行Dynesys术后3年，腰3.4椎管狭窄。
术前X线资料
术中显露置钉的过程
术中透视资料
术后X线资料（左侧）及术后切口对比（右侧）
作者简介：
胡新力
胡新力，2019级硕士研究生在读。2019年6月，本科毕业于河北医科大学临床医学系；2019年9月至今，温州医科大学附属第二医院骨科硕士研究生，师从倪文飞主任，目前参与发表SCI论文2篇，中文核心期刊1篇。
吴爱悯
吴爱悯，医学博士、博士后，副教授，硕士研究生导师，温州医科大学附属二院脊柱外科副主任医师。
曾到美国马里兰大学St.Joseph医学中心McAfee实验室访学1年，参加哈佛医学院CLIME临床研究学习班1年，香港大学李嘉诚医学院玛丽医院骨科访学4月。
一直从事骨科相关基础和临床研究，获国家自然科学基金、浙江省公益基础研究基金、中国博士后一等资助等，第一作者或最后通讯作者发表SCI论文50余篇，包括JBMR、Journal of Medicinal Chemistry，Pain，Bone & Joint Journal(JBJS-Br)，Spine，Spine J，Eur Spine J等杂志。第一发明人获美国发明专利一项，中国发明专利授权4项。副主编《脊柱内固定解剖学》，参编多本临床著作。
担任国际矫形与创伤外科学会(SICOT)中国部微创专委会委员，中国康复医学会脊柱脊髓专业委员会数字脊柱外科学组委员，BMC Musculoskeletal Disorders，BMC Surgery杂志Associate Editor，Asian Spine Journal，Journal of Spine Surgery杂志Editorial Board。曾获2019年度浙江省科技进步奖二等奖(排名第二)，2018年度浙江省医药卫生科技奖一等奖(排名第二)，2018年度上海市医学科技奖二等奖(排名第七)。入选浙江省卫生高层次人才医坛新秀、温州市551人才工程第三层次，温州医科大学优青培育工程。
倪文飞
倪文飞，主任医师，博士，副教授，硕士生导师。主攻脊柱微创外科，近年来在上颈椎微创经皮螺钉内固定技术、脊柱内镜治疗颈腰椎疾病、OLIF技术、CBT螺钉技术等方面进行了深入的研究。
目前担任中华医学会骨科学分会微创外科学组委员；中国内镜医师协会委员，脊柱内镜学组常委；SICOT(国际矫形与创伤外科学会)中国部微创外科委员会常委；中国康复医学会骨质疏松专委会委员，脊柱脊髓专委会微创脊柱学组委员；中国医师协会脊柱疼痛专委会委员，骨科医师分会微创脊柱学组委员；中国医药教育协会骨科专业委员会微创脊柱外科教育工作组委员；中国研究型医院学会骨科分会胸腰椎学组委员，微创脊柱学组委员；浙江省医学会骨科分会微创脊柱学组轮值组长；浙江省康复学会脊柱脊髓委员会委员；微创脊柱学组副组长。
《脊柱外科杂志》青年编委,《Frontiers Surgery》等杂志审稿人。主持、参与国家及省级课题10余项，发表SCI论文40余篇，参与获得国家及省级科技奖励3项。
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