脊柱侧弯内固定系统置入及三维重建技术的应用

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.04.023

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

脊柱侧弯矫治：除了考虑冠状面矫形效果以外，重点在于重建脊柱平衡，对患者的畸形外观进行矫正。也就是说冠状面与矢状面平衡的重建也是重要的方面，这是评价矫治成功的重要因素，是获得远期治疗效果的保证。

脊柱内固定系统：根据脊柱三维矫形概念设计的脊柱内固定系统是一个动态发展的系统，目标是尽可能在三维上全面恢复脊柱的平衡，目前应用很广泛的通用型脊柱内固定系统包括TSRH脊柱内固定系统、ISOLA脊柱内固定系统、Moss Miami脊柱内固定系统、CD Horizon脊柱内固定系统和中华长城脊柱内固定系统，脊柱内固定系统具有三维矫形能力，能很好地矫正脊柱冠状和矢状面的畸形，生物力学合理，固定可靠。

背景：脊柱侧弯是一种复杂的三维平面的畸形，包括冠状上的侧方弯曲，矢状面上生理前、后凸的减少或增大，轴向面上脊柱的旋转畸形，充分减压，最大限度重建脊柱在冠状面和失状面的平衡，长节段固定、短节段融合的方法是退变性脊柱侧弯较理想的矫形方法。
目的：分析脊柱侧弯内固定系统的特点。
方法：第一作者应用计算机检索1999至2015年PubMed数据库、中国期刊全文数据库有关脊柱侧弯内固定系统的文章，英文检索词“scoliosis，internal fixation，three-dimensional correction”；中文检索词“脊柱侧弯，内固定，三维重建”。共检索到163篇相关文献，34篇文献符合纳入标准。
结果与结论：随着内固定材料的发展，根据脊柱三维矫形概念设计的脊柱内固定系统是一个动态发展的系统，目标是尽可能在三维上全面恢复脊柱的平衡，目前应用很广泛的通用型脊柱内固定系统包括TSRH脊柱内固定系统、ISOLA脊柱内固定系统、Moss Miami脊柱内固定系统、CD Horizon脊柱内固定系统和中华长城脊柱内固定系统，脊柱内固定系统具有三维矫形能力，能很好地矫正脊柱冠状和矢状面的畸形，生物力学合理，固定可靠。骨移植材料是防止内固定物断裂、螺钉拔出等并发症发生的关键因素，人工骨与自体骨、同种异体骨、异种骨作植骨材料相比，可以缩短矫形时间及减少因植骨而并发传染病的风险，是未来植骨材料的趋势。同时三维重建已应用于临床实践，可为脊柱侧弯矫形治疗制定方案，为保证内固定物的安全性提供影像学参考，对提高脊柱内固定系统的综合疗效起到巨大的作用。

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: 0000-0002-6306-4197(王诗军)

关键词: 骨科植入物, 脊柱植入物, 脊柱侧弯, 三维矫形内固定, 脊柱内固定系统, 三维重建

Abstract:

BACKGROUND: Scoliosis is a complex three-dimensional plane deformity, including lateral bending on the coronal plane, before physiological kyphosis reduction or increase in the sagittal plane, the rotational deformity of the spine in the axial plane. The method of full decompression, maximum reconstruction of spinal balance in coronal and sagittal plane, long-segmental fixation and short-segmental fusion is the more ideal orthopedic method for degenerative scoliosis.
OBJECTIVE: To analyze the characteristics of scoliosis fixation system.
METHODS: The articles about scoliosis fixation system were retrieved from PubMed database, Chinese Journal Full-text database from 1999 to 2015 by the first author using computer. “Scoliosis, Internal Fixation, Three-dimensional Correction” were taken as the search terms in English and Chinese. Totally 163 relevant articles were retrieved, and eventually 34 articles met the inclusion criteria.
RESULTS AND CONCLUSION: With the development of fixation materials, the spinal fixation system which was designed based on three-dimensional orthopedic concept of spine is a dynamically developed system. The goal is to restore the balance of spine in three dimensions as comprehensive as possible. At present, the general spinal system within very broad application includes TSRH spinal fixation system, ISOLA spinal internal fixation system, Moss Miami spinal fixation system, CD Horizon spinal internal system and China Great Wall spinal fixation system. Spinal fixation system possesses three-dimensional orthopedic capability, and can correct the spinal deformity in coronal and sagittal plane, and biomechanics is reasonable, fixed and reliable. Bone grafting material is the key factor of preventing breakage of internal fixation, screw extraction and other complications. Compared with such bone grafting materials made of autologous bone, allograft bone and xenograft bone, artificial bone can shorten the orthopedic time and reduce the risk of concurrent diseases because of bone grafting, which is the future trend of bone grafting material. Meanwhile, three-dimensional reconstruction has been used in clinical practice, and can develop programs for scoliosis orthopedic treatment, provide imaging reference to ensure the security of internal fixation and also has played a huge role in improving the comprehensive efficacy of spinal internal fixation system.

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

王诗军，李钰婷，李淳德. 脊柱侧弯内固定系统置入及三维重建技术的应用[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(4): 583-588.

Wang Shi-jun, Li Yu-ting, Li Chun-de. Scoliosis fixation system implantation and the application of three-dimensional reconstruction technique[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(4): 583-588.

参考文献

[1] Richards BS, Scaduto A, Vanderhave K, et al.Assessment of trunk balance in thoracic scoliosis.Spine (Phila Pa 1976). 2005;30(14):1621-1626.

[2] Richards BS, Vitale MG.Screening for idiopathic scoliosis in adolescents. An information statement.J Bone Joint Surg Am. 2008;90(1):195-198.

[3] Wessels M, Homminga JJ, Hekman EE, et al.A novel anchoring system for use in a nonfusion scoliosis correction device.Spine J. 2014;14(11):2740-2747.

[4] Skwarcz A, Majcher P, Fatyga M.Internal fixation of the spine in the surgical treatment of scoliosis.Ortop Traumatol Rehabil. 2000;2(3):74-76.

[5] Benli IT, Ates B, Akalin S, et al.Minimum 10 years follow-up surgical results of adolescent idiopathic scoliosis patients treated with TSRH instrumentation.Eur Spine J. 2007;16(3): 381-391.

[6] Asher M, Lai SM, Burton D, et al.Safety and efficacy of Isola instrumentation and arthrodesis for adolescent idiopathic scoliosis: two- to 12-year follow-up.Spine (Phila Pa 1976). 2004;29(18):2013-2023.

[7] Wimmer C, Wallnöfer P, Walochnik N, et al. Comparative evaluation of luque and isola instrumentation for treatment of neuromuscular scoliosis.Clin Orthop Relat Res. 2005;439: 181-192.

[8] De Maio F, Dolan LA, De Luna V, et al. Posterior spine fusion with Moss-Miami instrumentation for adolescent idiopathic scoliosis: radiographic, clinical and patient-centered outcomes. Iowa Orthop J. 2007;27:28-39.

[9] Shen J, Qiu G, Weng X, et al. Anterior spinal fusion with TSRH instrumentation for scoliosis.Chin Med Sci J. 2003; 18(1):41-45.

[10] 沈建雄,邱贵兴,王以朋,等. TSRH内固定治疗脊柱侧凸[J].脊柱外科杂志,2003, 1(6):321-325.

[11] 李明,倪春鸿,侯铁胜,等. TSRH系统后路矫正青少年特发性脊柱侧凸(附36例初步报告)[J]. 中国矫形外科杂志,2002,10(8): 825-826.

[12] 朱晓东,李明,倪春鸿,等. TSRH后路内固定系统治疗青少年特发性脊柱侧凸[J].实用骨科杂志,2004,10(4):308-311.

[13] Benli IT, Akalin S, Aydin E, et al. Isola spinal instrumentation system for idiopathic scoliosis.Arch Orthop Trauma Surg. 2001;121(1-2):17-25.

[14] 李明,刘洋,倪春鸿,等. 应用Isola内固定系统矫治重度脊柱侧凸[J].中国脊柱脊髓杂志,2004,14(4):218-221.

[15] 郝定均,贺宝荣,吴起宁,等. 应用Isola三维矫形系统治疗脊柱侧凸[J].美中国际创伤杂志,2006,5(1): 27-28.

[16] 朱晓东,李明,倪春鸿,等. Isola内固定系统治疗特发性脊柱侧凸椎板下钢丝的安全性[J].脊柱外科杂志,2005,3(2):86-89.

[17] Clark CE, Shufflebarger HL.Late-developing infection in instrumented idiopathic scoliosis.Spine (Phila Pa 1976). 1999;24(18):1909-1912.

[18] 魏戎,何新伦,武军龙,等.后路Moss-Miami经椎弓根螺钉固定系统治疗青少年胸椎侧凸[J]. 中医正骨,2006,18(11):28-29.

[19] Betz RR, Cunningham B, Selgrath C, et al. Preclinical testing of a wedge-rod system for fusionless correction of scoliosis. Spine (Phila Pa 1976). 2003;28(20):S275-278.

[20] 郝定均,贺宝荣,李毅,等. CD-Horizon器械治疗特发性脊柱侧凸的临床研究[J].中国矫形外科杂志,2007,15(1):11-13.

[21] 吕锦瑜,邱勇,朱丽华,等. CD-Horizon器械在脊柱侧凸后路矫正中的应用[J]. 中国脊柱脊髓杂志,2003,13(5):276-278.

[22] 唐运鹏,韦钊岚,李龙,等.中华长城内固定系统在特发性脊柱侧凸手术治疗中的应用[J].右江民族医学院学报,2006,28(4): 589-590.

[23] 路晓,钱普健,林钢,等. 应用中华长城内固定系统治疗青少年特发性脊柱侧凸12例[J]. 交通医学,2006,20(4):432-435.

[24] 陈君生,孙伟,朱大成,等. 中华长城内固定器械治疗青少年脊柱侧凸(附28例报告) [J]. 中国矫形外科杂志,2004,12(21):1642-1644.

[25] 赵疆,艾克拜,项泽文,等. 应用中华长城三维矫形系统治疗脊柱侧弯[J]. 新疆医学,2005,35(1):13-15.

[26] Yang X, Xu H, Li M, et al. Clinical and radiographic outcomes of the treatment of adolescent idiopathic scoliosis with segmental pedicle screws and combined local autograft and allograft bone for spinal fusion: a retrospective case series. BMC Musculoskelet Disord. 2010;11:159.

[27] 殷翔,许建中,朱志立,等. 同种异体骨移植在特发性脊柱侧凸矫形术中的应用[J].局解手术学杂志,2006,15(5):292-294.

[28] 王岩,张永刚,赵书凯,等. 同种异体骨融合技术在脊柱侧凸手术治疗中的应用[J].中华外科杂志,2004,42(19):1178-1181.

[29] 闵理,刘立岷,宋跃明,等. 不同种类骨移植在青少年特发性脊柱侧凸后路矫形术中的中长期疗效评价[J]. 中国骨与关节外科, 2012,5(5):382-388.

[30] Odent T, Cachon T, Peultier B, et al. Porcine model of early onset scoliosis based on animal growth created with posterior mini-invasive spinal offset tethering: a preliminary report.Eur Spine J. 2011;20(11):1869-1876.

[31] Gao C, Chen BP, Sullivan MB, et al. Micro CT Analysis of Spine Architecture in a Mouse Model of Scoliosis.Front Endocrinol (Lausanne). 2015;6:38.

[32] Abul-Kasim K, Ohlin A. Evaluation of implant loosening following segmental pedicle screw fixation in adolescent idiopathic scoliosis: a 2 year follow-up with low-dose CT. Scoliosis. 2014;9:13.

[33] Yang M, Li C, Li Y, et al. Application of 3D rapid prototyping technology in posterior corrective surgery for Lenke 1 adolescent idiopathic scoliosis patients. Medicine (Baltimore). 2015;94(8):e582.

[34] Luk KD, Lu DS, Cheung KM, et al. A prospective comparison of the coronal deformity correction in thoracic scoliosis using four different instrumentations and the fulcrum-bending radiograph. Spine (Phila Pa 1976). 2004;29(5):560-563.

引言

脊柱侧弯是脊柱最常见的三维畸形，由于椎体序列复杂移位而导致，通常脊柱在冠状面上有超过10°的侧方弯曲，就称为脊柱侧弯，脊柱侧弯的临床类型有多种，大体可分为包括先天性、特发性、神经肌肉性和功能性脊柱侧弯等，其中以特发性脊柱侧弯最常见^[1]。临床上发病原因不明的特发性脊柱侧弯约占脊柱侧弯的80%。引起脊柱侧弯的原因有很多，可由多种疾病引起，儿童及青少年中脊柱侧弯的患病率也较高，国内普查达到1.06%。脊柱侧弯通常发生于颈椎、胸椎或胸部与腰部之间的脊椎，也可以单独发生于腰背部。脊柱侧弯进展迅速，呈进行性进展，如果治疗不及时，它会减小胸腔、腹腔和骨盆腔的容积量，使人体的躯干严重变形，躯干生长的不平衡性，还会降低身高，导致脊柱不可逆性损伤，这就增加了畸形矫正的难度，严重时影响到心、肺发育和功能，甚至丧失劳动能力，同时增加神经损伤等并发症的发生率^[2]。

脊柱侧弯矫治的主要目的除了考虑冠状面矫形效果以外，重点在于重建脊柱平衡，对患者的畸形外观进行矫正^[3-4]。也就是说冠状面与矢状面平衡的重建也是重要的方面，这是评价矫治成功的重要因素，是获得远期治疗效果的保证，以往这方面文献报道较少。脊柱侧弯在没有合适的内固定物出现之前，通常使用的是支具进行保守矫形，最早还有石膏固定的方法。但支具矫形的原理很大程度上是通过挤压胸廓，也就是挤压肋骨来间接矫正侧弯，对于这样的原本已经严重挤压胸腔空间侧弯，采取支具矫形无疑对于心肺功能而言雪上加霜，同时支具矫形的患者配合欠佳，严重影响效果。然而即使使用支具矫形脊柱侧弯会减轻，以减低胸肺功能来换取侧弯的矫正，但严重背离了侧弯矫治的目的，因此现在已很少使用。

随着内固定器械的发展，内固定物就成为寻求解决该问题的途径，为脊柱侧弯提供了内在稳定和矫形性的新方法。大量研究表明，脊柱侧弯到一定程度只能通过内固定矫正，可快速恢复脊柱的生理曲度，提高脊柱的稳定性，内固定治疗的效果明显提高，患者越来越多的首先选择了内固定，是目前为止具有科学意义的有效治疗方法。临床上常使用脊柱内固定系统在国内外有了长足的进步，可以简单分为3个阶段，其中以往的第1，2代脊柱内固定系统虽然是矫治侧弯的伟大进步，但由于未能充分考虑脊柱三维矫形，存在内固定物的脱位、易发生假关节、具有较低的冠状面矫正率、不能控制矢状面结构等并发症多，且内固定后需要佩带石膏和支具等问题，因而其临床应用效果并不理想。

当前，临床上普遍使用的第3代内固定系统是基于对脊柱侧弯畸形的三维理解，产生了以CD为代表的三维矫形内固定新技术。第3代内固定系统相比以往内固定系统具有明显改善脊柱侧弯患者顶椎的旋转畸形的效果。随着脊柱三维理论的完善和内固定技术的进步，第3代内固定系统成为目前关注的热点。迄今第3代CD同类脊柱内固定系统如TSRH、ISOLA、中华长城等用于脊柱侧弯的研究国内外文献已有大量报道^[5-8]。CD系统及后来出现的相类似系统已成为治疗脊柱侧弯的最广泛运用的内固定系统。

文章将对这些内固定系统的特点、内固定系统置入后骨移植材料的应用以及三维重建技术的应用进行综述分析。

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