皮质骨通道螺钉在骨质疏松性腰椎后路融合中的应用价值

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0310

中国组织工程研究 ›› 2018, Vol. 22 ›› Issue (23): 3628-3633.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0310

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皮质骨通道螺钉在骨质疏松性腰椎后路融合中的应用价值

郝申申，李长红，刘志斌，王飞

延安大学附属医院脊柱外科，陕西省延安市 716000

出版日期:2018-08-18 发布日期:2018-08-18
通讯作者: 李长红，副主任医师，延安大学附属医院脊柱外科，陕西省延安市 716000
作者简介:郝申申，男，1988年生，河南省宝丰县人，汉族，延安大学附属医院脊柱外科在读硕士，主要从事关节与脊柱外科方向的研究。
基金资助:
延安市科技攻关计划项目(2017KS-06)；陕西省社会发展科技攻关项目(2015SF115)；延安市科技惠民计划项目(2016HM-10-03)

Application value of cortical bone trajectory screws in osteoporotic lumbar posterior fusion surgery

Hao Shen-shen, Li Chang-hong, Liu Zhi-bin, Wang Fei

Department of Spine Surgery, Affiliated Hospital of Yan’an University, Yan’an 716000, Shaanxi Province, China

Online:2018-08-18 Published:2018-08-18
Contact: Li Chang-hong, Associate chief physician, Department of Spine Surgery, Affiliated Hospital of Yan’an University, Yan’an 716000, Shaanxi Province, China
About author:Hao Shen-shen, Master candidate, Department of Spine Surgery, Affiliated Hospital of Yan’an University, Yan’an 716000, Shaanxi Province, China
Supported by:
the Key Technologies Research & Development Program of Yan’an, No. 2017KS-06; the Social Development and Technologies Research & Development Project of Shaanxi Province, No. 2015SF115; the Science and Technology Benefiting People Program of Yan’an, No. 2016HM-10-03

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

骨质疏松症：是由多种原因导致的骨密度和骨质量下降，骨微结构破坏，造成骨脆性增加，而易发生骨折的全身性骨病，分为原发性和继发性两大类。原发性骨质疏松症又分为绝经后骨质疏松症、老年性骨质疏松症和特发性骨质疏松(包括青少年型)3种。绝经后骨质疏松症一般发生在妇女绝经后5-10年内；老年性骨质疏松症一般指老人70岁后发生的骨质疏松。

皮质骨通道螺钉：将螺钉的进钉点适度向下移，而置钉方向略微偏向上向外，可使螺钉贯通4处骨皮质结构，即椎板、椎管的内侧、椎弓根外侧、椎体上终板或外侧壁，使椎弓根复合体骨面的利用达最大化，是对常规椎弓根螺钉固定技术的改进和发展，可以在不受患者骨质疏松影响的情况下有效增加螺钉的固定效果。

摘要

背景：在骨质疏松性腰椎后路融合术中，若采用常规的椎弓根螺钉固定方法则略显固定效力不足，易产生螺钉松动、移位、脱出，甚至导致螺钉切割骨质而引发椎弓根发生骨折断裂等并发症。

目的：介绍皮质骨通道螺钉在骨质疏松性腰椎后路融合术中的应用方法，并评价其应用价值。

方法：回顾性分析16例腰椎退行性病变患者的临床资料，采用皮质骨通道螺钉结合腰椎后路融合术治疗。观察并记录患者的手术时间、术中出血量、术中及术后并发症发生情况；术前、术后、末次随访时以目测类比评分法评估患者疼痛，以腰椎日本骨科学会评分评估患者的腰椎功能；末次随访时观察植骨融合情况并计算融合率。

结果与结论：①患者手术均顺利安全完成，术中未出现神经、血管损伤等并发症及置钉相关的螺钉把持力不足或钉道破坏等导致置钉失败；术后随访中亦未出现螺钉松动、脱落、融合器移位等并发症；②手术时间为(168.5±37.1) min，术中出血量为(184.2±25.9) mL；③术后与末次随访时的目测类比评分、日本骨科学会评分均较术前显著改善(P < 0.05)，而术后与末次随访时比较差异则无显著性意义(P > 0.05)；④末次随访时所有患者均融合器在位、融合满意，融合率达100%；⑤提示采用皮质骨通道螺钉结合腰椎后路融合术治疗骨质疏松性腰椎退行性病变，固定牢固，无置钉相关并发症，不失为一种较好的置钉方法。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0002-3818-3258(郝申申)

关键词: 腰椎皮质骨通道螺钉, 骨质疏松症, 腰椎后路融合术

Abstract:

BACKGROUND: Conventional pedicle screw fixation is not appropriate for osteoporotic lumbar posterior fusion surgery, because of screw loosening, displacement, and prolapse, and pedicle fractures caused by screw-broken cortical bone.

OBJECTIVE: To introduce the application of cortical bone trajectory (CBT) screws in the posterior lumbar fusion surgery of osteoporosis and to evaluate its application value.

METHODS: Clinical data of 16 patients with degenerative lumbar spine undergoing CBT screws combined with posterior lumbar fusion surgery were retrospectively analyzed. The operation time, intraoperative blood loss, intraoperative and postoperative complications were recorded. The preoperative, postoperative and last-follow-up Visual Analogue Scale scores were used to assess the pain and the Japanese Orthopaedic Association score was used to assess the lumber function. The bone graft fusion and fusion rate at the last follow-up were observed and calculated, respectively.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The surgery was successful in each patient. No complications such as nerve and blood vessel injuries, and the screw failure caused by insufficient screw holding force or nail path damage occurred. There was none case of screw loosening, shedding, or displacement during follow-up. (2) The operation time was (168.5±37.1) minutes and the intraoperative blood loss was (184.2±25.9) mL. (3) The Visual Analogue Scale and Japanese Orthopaedic Association scores postoperatively and at last follow-up were significantly improved compared with those at baseline (P < 0.05), and the scores showed no significant differences postoperatively and last follow-up (P > 0.05). (4) At the last follow-up, the fusion cages were in place, and fusion was satisfactory with a fusion rate of 100%. (5) In summary, the combination of CBT screws and posterior lumbar fusion surgery in the treatment of osteoporotic lumbar degenerative lesions can obtain a good fixation effect without screw-related complications, so it is a satisfactory placement method.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Lumbar Vertebrae, Osteoporosis, Spinal Fusion, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

郝申申，李长红，刘志斌，王飞. 皮质骨通道螺钉在骨质疏松性腰椎后路融合中的应用价值[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(23): 3628-3633.

Hao Shen-shen, Li Chang-hong, Liu Zhi-bin, Wang Fei . Application value of cortical bone trajectory screws in osteoporotic lumbar posterior fusion surgery[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(23): 3628-3633.

图/表（结果） 1

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引言

材料方法

1.1 设计 回顾性调查分析。

1.2 时间及地点 于2016年1月至2017年6月在延安大学附属医院脊柱外科完成。

1.3 材料 文中所使用的椎弓根螺钉内固定系统由山东威高骨科材料股份有限公司提供，属于脊柱后路内固定系统，该系统由椎弓根螺钉、连接杆、棒、螺塞等组件按不同结构搭配组合而成。其材质为钛合金，强度高，弹性模量接近人体骨骼，有良好的生物相容性和抗腐蚀性，适用于脊柱胸腰椎后路内固定。

1.4 对象 回顾性收集2016年1月至2017年6月延安大学附属医院脊柱外科收治的骨质疏松性腰椎退行性病变患者16例，其中男6例，女10例；年龄41-68岁，平均(59.8±9.1)岁；体质量指数(21.4±2.0) kg/m²；病程时间1-6年，平均(3.7±2.3)年；疾病情况：腰椎管狭窄9例，腰椎间盘突出症6例，腰椎不稳1例；疾病部位：L₄_，₅节段10例，L₅，S₁节段5例，L₃_，₄节段1例；骨质疏松情况：骨质疏松12例，骨量减少4例；伴内科疾病8例。术前目测类比评分为(5.2±1.2)分，腰椎日本骨科学会(Japanese Orthopaedic Association，JOA)评分为(13.5±3.3)分。

纳入标准：①术前双能X射线骨密度检查评估患者骨质疏松程度^[6]，T值≤-2.5 SD为骨质疏松，-1.0 SD < T值 < -2.5 SD为骨量减少；②患者身体情况可耐受全麻手术者；③术前X射线、CT、MRI等影像学检查完整者。

排除标准：①术前患者骨质为骨量正常者；②术前患者存在肿瘤、感染、溶骨性疾病者；③患者存在拟手术部位手术史者。

1.5 方法

1.5.1 手术修复方法手术均有同一组医生完成。选全身麻醉，取俯卧位，常规消毒术区，铺无菌巾。手术全程在X射线机透视监测下进行。取后正中入路切口，依次切开皮肤、皮下组织、深筋膜，钝性剥离椎旁肌组织，暴露拟置钉节段腰椎双侧椎板及关节突内侧、椎板峡部。安放拉钩，调整光源，止血，使术野清晰。分别于两侧制备由内下向外上方的钉道。进钉点约位于关节垂直中线与同侧横突下1 mm水平线的交点处，左侧者位于椎弓根投影内下方5点钟向11至12点钟方向，右侧者位于椎弓根投影内下方7点钟向12至1点钟方向。X射线机透视监测下开孔、探测钉道位置及深度至合适。对病变部位腰椎进行相关的椎板切除、椎根管扩大减压等清除病变组织，刮除病变椎体间的椎板软骨至暴露骨面，进行椎间融合。先行椎间融合器试模验证，将术中咬除的骨组织置入椎间融合器，并透视验证。在预先制备好的钉道内置入长度及直径合适的螺钉，并在X射线机透视下验证位置至满意。预弯置棒弧度，上棒，环抱加压固定，拧紧螺冒固定。术中X射线机透视监测(图1)及手术前后X射线片(图2)。

1.5.2 术后治疗术后卧床休息，密切观察生命体征情况及肢体运动、感觉情况。常规应用抗生素2 d。常规应用激素、脱水药物3-5 d。继续抗骨质疏松治疗。待24 h引流量<50 mL时，拔除引流。术后1周嘱行腰背肌锻炼，在腰围保护下适量下地活动。

1.6 主要观察指标 ①术后进行长达8个月的随访；②观察并记录患者的手术时间、术中出血量、术后引流量、术中及术后并发症发生情况；③采用目测类比评分评估患者疼痛情况，采用腰椎JOA评分法评估患者的腰椎功能；观察并记录术前术后、末次随访时目测类比评分及JOA评分。目测类比评分是通过在划一条10 cm的横线，一端为0分，表示无痛；另一端为10分，表示剧痛；中间部分表示不同程度的疼痛，让患者根据自我感觉在横线上划一记号，表示疼痛的程度。腰椎JOA评分包括主观症状、临床体征、日常活动受限度、膀胱功能，总评分最高为29分，最低0分，分数越低表明功能障碍越明显；④末次随访时拍摄腰椎正侧位X射线片及腰椎CT片观察腰椎固定、植骨融合情况，并计算融合率。植骨融合率=植骨融合例数/总例数×100%。

1.7 统计学分析 采用SPSS 19.0软件进行数据统计分析，计量资料以x(_)±s表示，目测类比评分及JOA评分比较采用重复测量方差分析，两两比较采用配对t 检验，检验水准α=0.05。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

椎弓根螺钉固定系统应用于腰椎后路融合术，具有良好的稳定效果。但应用于骨质疏松患者则存在部分弊端。因为骨质情况是影响椎弓根螺钉稳定性的重要因素之一^[7]。有研究显示，螺钉的最大拔出力随着骨密度每降低 10 g/L，而减少约60 N^[8]。而骨质疏松患者由于骨量大量丢失，极大降低了椎弓根螺钉的抗拔出力和稳定性^[9-10]。Halvorson等^[11]研究显示，平均轴向拔出力在正常骨质密度组可高达(1 540±361)N，而在骨质疏松组却仅为(206± 159)N。以至于有学者提出螺钉轴向拔出力不足100 N的患者，考虑其螺钉松动脱出风险较大，不建议直接应用椎弓根螺钉^[12]。虽然增加螺钉置入深度^[13]、增大螺钉直径^[14]、骨水泥钉道强化^[15]、延长固定节段等，可在一定程度上提高骨质疏松患者螺钉固定稳定性^[4^，^16]，然而，上述方法存在较大的缺点和风险。因此，如何使螺钉在骨质疏松患者中达到满意的固定强度，俨然成为腰椎手术所面临的严峻挑战^[17]。

为解决上述难题，Santoni等^[18]于2009年首次提出CBT螺钉技术，将螺钉的进钉点适度向下移，而置钉方向略微偏向上向外，可使螺钉贯通4处骨皮质结构，即椎板、椎管的内侧、椎弓根外侧、椎体上终板或外侧壁，使椎弓根复合体骨面的利用达最大化，生物力学实验研究显示，CBT螺钉的轴向拔出力高于常规椎弓根螺钉约30%，有利于维持螺钉固定的稳定性。由于螺钉的拔出力与松质骨骨密度无显著相关性，而CBT螺钉不仅置钉点处皮质骨的骨密度显著大于常规椎弓根螺钉^[19]，而且螺钉周围亦包绕于大量高密度骨质中，因此相较常规椎弓根螺钉在骨皮质内的长度更长，同时也使螺钉与骨皮质达到最大化的接触程度，显著地增加了钉道与骨界面间的把持力，有效地增加了固定稳定性^[20-22]，以致于有学者认为CBT螺钉甚至可达双皮质固定的效果^[19]。而且已有研究证实腰椎CBT螺钉通道具有稳定的解剖结构，其在直径、长度、角度等方面具有较好的一致性^[23]。此外，Ueno等^[24]研究表明螺钉近端的皮质骨螺纹可进一步增强螺钉的固定强度，并认为在有条件使用CBT螺钉时尽量不选择常规椎弓根螺钉。

鉴于上述生物力学和解剖学优势，骨质疏松患者使用CBT螺钉，可以获得可靠的螺钉固定效果，且较常规椎弓根螺钉具有更安全的置入过程优势。由于CBT螺钉提出的时间较短，相关的研究较少且多为实验室研究，相关的临床报道研究就更少，急需临床病例报道来证明其可行性、安全性和有效性。因此，此次研究具有重要意义。

此组研究结果显示，所有患者手术均顺利完成，术中操作过程中未出现神经、血管损伤等并发症及置钉相关的螺钉把持力不足或钉道破坏等导致置钉失败。说明采用CBT螺钉结合后路融合术治疗骨质疏松性腰椎退行性病变具有良好的可行性、安全性。这与Tschugg等^[25]研究报道结果相似。部分学者报道采用此法时术中出现螺钉钉道偏差、钉道破损、置钉失败等而改用常规椎弓根螺钉补救的情况，此组研究均未出现上述情况，可能与作者所在手术组术前完善的手术准备及规划、术者丰富的手术经验及精湛的手术技术、术中手术团队默契的配合有关。此次研究手术时间为(168.5±37.1) min，术中出血量为(184.2± 25.9) mL。这与部分相研究的结果相似^[26-27]，他们的研究认为CBT螺钉的应用可以较常规椎弓根螺钉显著减少术中出血量，也有学者的研究认为应用CBT螺钉可以较应用常规椎弓根螺钉显著缩短手术时间^[28]。同时，术后不同时间随访时的目测类比评分、JOA评分均较术前显著改善 (P < 0.05)，而术后不同时间随访时的评分比较则差异无显著性意义(P > 0.05)；术后随访过程中亦未出现螺钉松动、移位、脱落等并发症；末次随访时所有患者融合器均在位、均获得满意的植骨融合效果，植骨融合率达到100%。说明采用CBT螺钉结合后路融合术治疗骨质疏松性腰椎退行性病变具有良好的有效性，可以获得满意的临床效果。

根据作者的临床经验及相关文献复习，认为采用CBT螺钉结合后路融合术治疗骨质疏松性腰椎退行性病变具有广阔的应用前景：①可增加螺钉的固定强度，有效降低术后螺钉松动、脱出等固定失效的风险。虽然螺钉在骨质疏松患者中其强度会随着骨质疏松程度的加重而降低，但峡部骨皮质的强度丢失要明显低于椎体骨松质，且峡部的骨密度无论骨质疏松存在与否均大于上关节突基底部，同时峡部几乎不发生退变^[19^，^29]。因此，可以有效地避免常规椎弓根螺钉固定效力欠佳而导致螺钉松动、脱出等并发症。相关有限元研究认为CBT螺钉的抗拔出力(1 277.1±331.3) N较常规椎弓根螺钉的抗拔出力(1 013.2±279.1) N高出26.04%^[30]；②可减少术中软组织剥离，显著地减少医源性损伤。传统的椎弓根螺钉置入时，常需广泛剥离椎旁软组织，易致医源性肌肉损伤和术后持续性腰痛^[31]。CBT螺钉偏向头倾外倾的置钉方向，可有效避免神经根、硬膜囊等损伤发生；靠内的进钉点避免了肌肉、组织的广泛剥离，有利于实现微创理念；同时也可避免常规椎弓根螺钉因需术中剥离关节突区域而易于损伤此处走行的内侧神经支的弊端^[23]，可降低患者围手术期痛苦^[18^，^32]。Hung等^[26]报道采用MRI分别扫描观察经CBT螺钉与常规椎弓根螺钉行腰椎融合术后患者的腰旁肌肉畸形情况，结果发现在术后患者的多裂肌内脂肪浸润方面，前者明显低于后者，可认为CBT螺钉较常规椎弓根螺钉有助于减少椎旁肌肉的损伤。彭俊等^[33]报道在行腰椎后路融合术时，采用CBT螺钉可较常规椎弓根螺钉显著降低术后患者血清肌酸激酶浓度(血清肌酸激酶浓度可预测医源性肌肉损伤程度，其术后浓度变化与损伤程度呈正相关性^[34-35])、降低术后服用镇痛药物比例，具有肌肉损伤小、患者围手术期痛苦小的明显优势；③可与常规椎弓根螺钉互为补充，即当术中一种固定方式失败时，可采用另一种固定方式进行补救。王洋等^[36]报道在应用常规椎弓根螺钉技术行腰椎后路融合术时，出现3例螺钉置入失败，遂行CBT螺钉固定进行补救，获得了满意的固定效果。夏天等^[29]报道在应用CBT螺钉行腰椎后路融合术时，出现1例CBT螺钉钉道破损，无法进行可靠置钉固定，遂改用常规椎弓根螺钉固定进行补救，亦获得了满意的固定效果。这一优势对于骨质疏松患者尤为重要，由于其骨质薄弱，对螺钉把持作用本就较低，一旦术中实际操作出现置钉位置不理想，则需重新调整钉道位置，易致钉道对螺钉的把持力进一步降低，甚至钉道破坏，CBT螺钉的出现使得置钉过程有了一种补救措施^[37]。亦有学者报道采用此2种螺钉相组合的固定方法，各取所长并灵活搭配，获得了个体化治疗的满意效果^[38-39]；④可应用于常规椎弓根螺钉固定的翻修手术。采用CBT螺钉可以对常规椎弓根螺钉固定术后进行翻修，同时也不降低螺钉固定的稳定性^[40-41]。Polly等^[42]研究发现，椎弓根螺钉二次置入同一钉道时，螺钉的扭入力矩减低了34%，虽然使螺钉长度延长5-10 mm、直径增加1 mm的方法可使其固定强度达到相似于原螺钉的固定强度，但存在一定风险。而CBT螺钉由于呈角度倾斜置入，不置入原始钉道，因此无需顾虑上次手术影响而改换更大规格螺钉或对原始钉道进行强化处理，有效地避免了螺钉增粗或延长而造成的椎弓根骨折、神经、血管等损伤的发生^[43]。王燕燕等^[44]报道采用CBT螺钉进行腰椎翻修手术，可使患者术后目测类比评分、JOA评分较术前显著改善，认为其具有特有的技术优势，可作为腰椎疾病外科治疗的补充内固定技术。

CBT螺钉技术并非完美无缺，在实际临床应用中亦存在一些限制因素，作者的体会如下：①由于螺钉呈倾斜角度置入，为确保螺钉置入过程的安全进行，术中需要严格的影像监测^[29]，这可能会导致术中透视次数增加；②要求有完善的术前规划及过硬的手术技术，对于椎弓根过细患者则不宜于采用CBT螺钉，而且螺钉位置、深度偏差可增加上位神经根损伤的风险^[45-46]；③CBT螺钉较常规椎弓根螺钉短，仅固定腰椎后柱及少许中柱，故其力臂亦较常规椎弓根螺钉小，导致其抗椎体旋转能力较弱^[30]。因此对于需要破坏关节突关节时，不宜采用CBT螺钉，而常规椎弓根螺钉可以起到防止侧屈及轴向过度活动而导致的椎间不稳^[30^，^45]；④由于螺钉尾部靠近脊柱中线区域，螺钉置入后可能影响术中该区域的神经减压操作。作者的经验是对于需行脊柱中线区域操作者，可预先制备钉道，再行操作，最后置入螺钉；⑤CBT螺钉同样存在诸如硬膜及神经损伤、椎骨骨折、硬膜外血肿、深静脉血栓、螺钉断裂松动、切口感染、假关节形成等与常规手术相似的并发症^[47-49]。随着医学的发展，多项高新辅助科技的出现，CBT螺钉的应用限制也正在逐渐消弭，趋于完善。如李智多等^[50]报道在腰椎标本上采用3D打印导板辅助CBT螺钉实现了螺钉的安全置入，具有提高螺钉置入的安全性与准确性的优点，并且在理论上可降低神经血管的损伤风险。

综上，采用CBT螺钉结合腰椎后路融合术治疗骨质疏松性腰椎退行性病变，可以获得牢固的固定效果，临床疗效满意，具有良好的临床应用价值，不失为一种较好的置钉方法。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

皮质骨通道螺钉在骨质疏松性腰椎后路融合中的应用价值

Application value of cortical bone trajectory screws in osteoporotic lumbar posterior fusion surgery

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