颈椎前路椎体次全切除后钛网下沉原因及对颈神经功能的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.15.011

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (15): 2355-2360.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.15.011

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颈椎前路椎体次全切除后钛网下沉原因及对颈神经功能的影响

潘孟骁，陈德玉，陈宇

解放军第二军医大学附属长征医院，上海市 200003

出版日期:2017-05-28 发布日期:2017-06-07
通讯作者: 陈德玉，博士，教授，解放军第二军医大学附属长征医院，上海市 200003
作者简介:潘孟骁，男，1990年生，江苏省南京市人，汉族，解放军第二军医大学在读硕士，主要从事脊柱外科方向的研究。
基金资助:
上海市科学技术委员会科研计划项目(12411950700)；项目名称：应用复合明胶纳米纤维膜构建人工硬脊膜修复硬脊膜缺损的实验研究；项目负责人：陈德玉

Titanium mesh cage subsidence following anterior subtotal vertebrectomy for cervical spondylosis: the underlying mechanism and its effect on cervical neurologic function

Pan Meng-xiao, Chen De-yu, Chen Yu

Shanghai Changzheng Hospital Affiliated to the Second Military Medical University, Shanghai 200003, China

Online:2017-05-28 Published:2017-06-07
Contact: Chen De-yu, M.D., Professor, Shanghai Changzheng Hospital Affiliated to the Second Military Medical University, Shanghai 200003, China
About author:Pan Meng-xiao, Studying for master’s degree, Shanghai Changzheng Hospital Affiliated to the Second Military Medical University, Shanghai 200003, China
Supported by:
the Research Program of Shanghai Municipal Science and Technology Commission, No. 12411950700

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

颈椎前路椎体次全切除减压融合术：最早出现于20世纪60年代，经过不断改良被公认为治疗颈椎退变性病变的安全且有效的手术方式之一。由于能够对脊髓前方的压迫进行直接减压，同时维持颈椎局部的稳定性，该术式被国内外脊柱外科医生普遍采用。术中多采用钛制外科网填充自体碎骨作为切除椎体的替代物。

钛网下沉：又称为钛网沉陷，是颈椎前路椎体次全切除术后常见的并发症之一，指术后钛制外科网部分陷入手术节段相邻椎体内部，多表现为手术节段椎间高度的下降。当植入骨与周围骨质达到固定融合后，钛网下沉一般不再继续进展。目前，钛网下沉的发生被认为与骨密度、手术操作及钛网形态有关。

摘要

背景：颈椎前路椎体次全切除伴钛网植入术是颈椎脊髓压迫性病变常规有效的治疗方式之一，其术后并发症尤其是钛网下沉较为多见。钛网下沉的危险因素及对手术效果的影响目前仍存在争议。

目的：观察颈椎前路椎体次全切除伴钛网植入术后钛网下沉的发生情况及对修复效果的影响，分析其原因探索可能的危险因素。

方法：回顾性分析2015年3至9月于解放军第二军医大学附属长征医院脊柱二科行颈椎前路椎体次全切除伴钛网植入术34例患者的临床资料，随访12个月，测量患者手术节段椎间高度，计算颈椎JOA评分。随访时椎间高度较术后1 d下降超过3 mm即定义为钛网下沉，将患者分为下沉组及非下沉组。

结果与结论：①共有19例患者出现术后钛网下沉，发病率为56%，平均发生于术后(6.00±3.73)个月；②下沉组与非下沉组患者年龄、性别构成、手术节段数之间差异均无显著性意义(P=0.731，0.672，0.053)；③通过颈椎JOA评分计算改善率，非下沉组患者术后改善率显著高于下沉组(P=0.01)，提示钛网下沉与术后神经功能改善不佳可能有一定联系；④综上所述，颈椎前路椎体次全切除术后钛网下沉较为常见，而且会影响颈椎修复效果。患者年龄、性别、手术节段均不是钛网下沉的独立危险因素。

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: 0000-0002-5376-232X(潘孟骁)

关键词: 骨科植入物, 脊柱植入物, 颈椎, 脊髓压迫, 椎体次全切除术, 钛网下沉, 危险因素, 效果评价

Abstract:

BACKGROUND: Anterior subtotal vertebrectomy and fusion using titanium mesh cage (TMC) is an effective surgical treatment for cervical spondylosis, while TMC subsidence usually occurs. The risk factors for TMC subsidence and its effect on the treatment outcomes remain controversial.

OBJECTIVE: To investigate the TMC subsidence after anterior subtotal vertebrectomy and TMC fusion and its effect on the treatment outcomes, thereby understanding the underlying mechanism and related risk factors.

METHODS: Clinical data of 34 patients undergoing anterior subtotal vertebrectomy and TMC fusion in the Second Department of Spine, Shanghai Changzheng Hospital Affiliated to the Second Military Medical University from March to September 2015 were analyzed retrospectively. After 12-month follow-up, the height of the fused segments was measured, and the neurologic outcomes were evaluated using the Japanese Orthopedic Association scores. The loss of the fused segments subsided more than 3 mm compared with that at 1 day postoperatively was considered as TMC subsidence, and all patients were allotted to TMC subsidence and control (without TMC subsidence) groups.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) Totally 19 patients (56%) experienced TMC subsidence that occurred in postoperative (6.00±3.73) months averagely. (2) No significant differences were found in the age, sex or the level of fused segments between two groups (P=0.731, 0.672, 0.053). (3) The Japanese Orthopedic Association recovery ratio in the control group was significantly higher than that in the TMC subsidence group (P=0.01), suggesting that TMC subsidence might be correlated with the poor improvement of neurologic function after surgery. (4) To conclude, TMC subsidence is a common complication after anterior subtotal vertebrectomy, which does harm to the treatment outcomes. Moreover, age, sex or the level of fused segments are not independent risk factors for TMC subsidence.

Key words: Cervical Vertebrae, Spinal Cord Compression, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

潘孟骁，陈德玉，陈宇. 颈椎前路椎体次全切除后钛网下沉原因及对颈神经功能的影响[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(15): 2355-2360.

Pan Meng-xiao, Chen De-yu, Chen Yu. Titanium mesh cage subsidence following anterior subtotal vertebrectomy for cervical spondylosis: the underlying mechanism and its effect on cervical neurologic function[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(15): 2355-2360.

图/表（结果） 3

2.1 参与者数量分析及随访情况 按意向性处理，纳入34例患者均获12个月随访并计入结果分析。共有19例患者出现术后钛网下沉，发病率为56%(19/34)，平均发生于术后(6.00±3.73)个月。试验流程图见图2。

2.2 患者基线资料分析 为了探索术后钛网下沉可能的潜在危险因素，统计了2组患者的一般信息(年龄、性别等)及手术相关信息(术中切除节段及数目)，并进行了统计学分析。下沉组患者年龄平均(53.37±7.97)岁，非下沉组患者平均年龄(54.27±6.86)岁，验证2组数据正态性及方差齐性后，采用t 检验比较2组差异，结论提示2组患者年龄差异无显著性意义(P=0.731)。由于样本总数量小于40，故采用Fisher确切概率检验比较2组患者性别及手术节段的差异。结论提示2组患者性别(P=0.672)及手术节段(P=0.053)之间的差异均无显著性意义。但是值得一提的是，比较2组患者间手术节段差异所得出的统计学结果P值=0.053，十分接近于检验标准0.05(表1)。

2.3 主要结果及手术疗效差异 所有34例患者随访12个月后，大部分患者手术节段椎间隙高度进行性下降(26/34，76.47%)，共有19例患者满足术后钛网下沉的诊断标准(56%)，下沉组患者椎间隙高度随时间逐渐降低直至骨性融合或钛网末端接触颈前路螺钉。本组钛网下沉发生于术后3-12个月，平均(6.00±3.73)个月。根据术后颈椎正侧位片，发现绝大多数术后钛网下沉患者病变发生于手术下位椎体。下沉组19例患者，椎间高度下降3.40-8.20 mm，平均下降(5.45±1.78) mm；而非下沉组患者椎间高度下降 0-3 mm，平均下降(0.64±0.88) mm。

经过统计学比较，非下沉组患者术后改善率显著高于下沉组(P=0.01)，见表1。下沉组患者中，术后仍存在一定程度颈部疼痛及上肢麻木乏力等神经症状的情况，作者认为这可能与术后钛网下沉有一定联系。

2.4 不良事件 本组中未出现硬脊膜破裂合并脑脊液漏或钉棒断裂等不良事件。

2.5 典型病例 男性，61岁，右上肢疼痛2个月伴四肢麻木乏力，伴行走不稳。术前影像学提示C_5/6椎间盘突出，伴后纵韧带骨化形成，相应水平脊髓受压，行颈椎前路椎体次全切除伴钛网植入术，术中部分切除C₅椎体，术后拍摄颈椎侧位片并随访，术后3个月X射线片提示术后出现钛网下沉，钛网下端几乎到达下位椎体螺钉水平(图3)。

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引言

材料方法

1.1 设计 回顾性病例分析。

1.2 时间及地点 于2015年3月至9月在解放军第二军医大学附属长征医院脊柱二科完成。

1.3 材料 术中钛网均采用美国DePuy公司生产的圆柱形钛制外科网，钛网两端安装环状垫片(图1)。

1.4 对象 本组共纳入34例行颈椎前路椎体次全切除术的患者，其中男28例，女6例；年龄39-65岁，平均(53.76±7.41)岁。术前诊断包括脊髓型颈椎病10例，神经根型颈椎病6例，混合型颈椎病6例，颈椎后纵韧带骨化症12例。根据术前颈椎磁共振及CT三维重建决定术中次全切除的椎体：术中次全切除1个椎体26例(C₄ 2例，C₅ 15例，C₆ 19例)，次全切除2个椎体8例(C_4-5 2例，C_5-6 6例)。

纳入标准：因各类颈脊髓压迫性疾病行颈椎椎体次全切除术者，对治疗方案知情同意。

排除标准：合并相邻椎间盘切除者；或行颈椎跳跃节段椎体次全切除术者。

1.5 方法 所有手术均由2名高年资脊柱外科医生完成。全麻后，患者取仰卧位并垫高其颈部使其呈稍过伸位。采用常规颈前路入路，将食管及器官拉向左侧，暴露病变椎体及相邻上下各一椎体。术中透视确定手术节段无误后，切除病变椎体上下椎间盘，刮勺刮除终板软骨至骨面渗血，三关节咬骨钳部分切除病变椎体直至暴露后纵韧带表面，保留切除的椎体以备植骨。若存在后纵韧带骨化或椎间盘向后方突入椎管，则采用后纵韧带钩仔细分离并切除后纵韧带。枪状咬骨钳修整减压槽，刮勺刮除残余椎体后缘骨赘。椎体钉撑开减压节段相邻椎体间距离。自体碎骨填充合适长度钛合金网，于钛网两端安装垫片，并将其植入减压槽并捶紧。取出椎体撑开钉，螺钉将钛板固定于病变相邻上下节段，以固定钛网防止其脱出。彻底止血后放置引流管，逐层缝合，无菌包扎。所有患者术后佩戴费城颈托1个月，术后24 h患者可在佩戴颈托情况下坐起或站立。术后2 d拔除引流管并开始功能锻炼。

1.6 主要观察指标 所有患者于术后1 d、3个月、6个月及12个月拍摄颈椎正侧位片，并测量椎间高度(施术椎体相邻终板中点间距离)。将术后3，6及12个月的测量结果与术后1 d相比较。无论发现于随访时间内任何时间节点，椎间高度较术后1 d下降超过3 mm即定义为钛网下沉^[13]，分为下沉组，其余作为非下沉组。本研究中所有影像学资料及测量由2名脊柱外科医生和1名影像科医生审核，当脊柱外科医生结果相左时，则以影像科医生的结论作为最终结论。分别统计下沉组与非下沉组患者的年龄、性别、手术节段、术后恢复情况等。

此外，分别于术前及术后12个月通过颈椎JOA评分评估患者神经功能状况并计算改善率^[14]。颈椎JOA评分评估标准：①上肢运动功能：自己不能持筷或勺进餐，0分；能持勺，但不能持筷，1分；虽手不灵活，但能持筷，2分；能持筷及一般家务劳动，但手笨拙，3分；正常，4分；②下肢运动功能：不能行走，0分；即使在平地行走也需用支持物，1分；在平地行走可不用支持物，但上楼时需用，2分；平地或上楼行走不用支持物，但下肢不灵活，3分；正常，4分；③感觉：A、上肢：有明显感觉障碍，0分；有轻度感觉障碍或麻木，1分；正常，2分。B、下肢与上肢评分相同。C、躯干与上肢评分相同；④膀胱功能：尿潴留，0分；高度排尿困难，尿费力，尿失禁或淋漓，1分；轻度排尿困难，尿频，尿踌躇，2分；正常，3分。术后改善率=[(术后评分-术前评分)/(17-术前评分)]×100%。

1.7 统计学分析 试验所得数据采用SPSS 19.0软件进行统计学分析，试验数据以x(_)±s表示，所有数据处理前先进行正态性检验及方差齐性检验，若满足正态性检验及方差齐性，采用t 检验及Fisher确切概率检验比较组间均数及构成的差别。以P < 0.05为差异有显著性意义。

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

3.1 钛网下沉发病率及诊断标准本研究中接受颈前路椎体次全切除术的患者，有19例在术后12个月内出现钛网下沉，发病率为56%(19/34)。患者术后钛网下沉情况较为普遍，且多为术后6个月左右发生，存在影响术后早期恢复效果的可能。Bilbao等^[6]对71例颈椎前路钛网植入病例进行了回顾性分析，认为术后并发症主要包括钛网下沉、植骨融合失败及内固定位置不良或松动等，而钛网下沉的发病率最高。

回顾文献后发现，颈椎术后椎间高度的测量及钛网下沉的诊断标准均存在争议。曾有学者提测量术后颈椎侧位片上手术节段相邻上位椎体前上缘至下位椎体前下缘的距离以及上位椎体后上缘至下位椎体后下缘的距离，其中任意距离下降>2 mm定义为钛网下沉^[15]。此方法测量的椎间高度数据中亦包括了相邻椎体的高度；且颈椎曲度的差异造成了单个病例的2组数据存在不确定的数据差，有可能会影响术后钛网下沉的诊断。故本研究中，椎间高度定义为手术上位椎体前下缘与后下缘中点至下位椎体前上缘与后上缘中点的距离，以排除可能的干扰因素。此外，Chen 等^[8]将术后钛网下沉定义为无下沉(椎间高度下降=0)、轻度下沉(0<椎间高度下降<3 mm)及严重下沉(椎间高度下降> 3 mm)。由于X射线片放大倍数的原因，从测量角度而言大于3 mm的下降才较为确切，故van Jonbergen等^[13]的建议将钛网下沉的标准定为椎间高度定下降>3 mm，本研究中亦采用此诊断标准。

3.2 钛网下沉的原因和潜在危险因素生物力学角度而言，因为出于安全考虑，手术采用的圆柱形钛制外科网截面积小于患者椎体横截面积，故钛网两端对手术相邻椎体的压强大于非手术节段终板面，即应力集中于钛网与手术相邻椎体的接触面，这有可能是时候钛网下沉的直接原因之一。此外，术中过度撑开手术间隙、钛网端面修剪不佳也可能造成应力集中而导致钛网下沉。相似观点亦由文献所证实^[16]。下沉组患者中，较之于手术上位椎体下缘，钛网下沉在下位椎体上缘发生更为明显。同时，钛网下端平面与下位椎体上缘平面往往存在一个夹角，导致面—面接触变为点—面接触，导致局部应力的再次集中，而这可能源于圆柱形钛网直轴线与颈椎曲度的差异以及重力的作用。有学者曾提出根据植骨接触面角度斜行修剪钛网以减少术后下沉发生率^[17]，而考虑到斜行修剪对术后植骨融合率及颈椎稳定性的影响，此方法的可行性需要进一步验证。

此外，国内外学者亦认为术中对于上下终板的处理对于术后钛网下沉的发生率有重要影响。术中终板刮除过多会导致钛网与椎体接触面硬度下降，进而难以承受过大的压力而出现钛网下沉。有学者认为这是由于椎体前缘部分皮质骨分布较多而中间部分则松质骨分布较多，过多刮除终板造成较软的松质骨大量暴露，降低了接触面硬度^[18]。

以往，年龄、性别等被认为是术后钛网下沉的危险因素。由于骨密度下降，骨质量差，老年患者及女性患者(尤其是绝经期女性患者)被认为更容易发生钛网下沉^[9]。然而根据我们的研究结果，下沉组患者与非下沉组患者之间年龄及性别组成未见明显差异。这很可能由于此两因素更多影响患者骨质引起椎体强度降低，而非直接导致钛网下沉的发生。Hasegawa等^[9]认为钛网的最大载荷与刚度与椎体的骨密度有关。骨质疏松患者骨密度下降导致钛网的最大载荷与刚度下降，钛网稳定性降低并更易于插入相邻椎体。本组患者平均年龄较轻，且以男性患者为主，骨质疏松情况并不严重，可能减小了年龄及性别这两因素对试验结果的影响。

此外，国内外亦有研究认为手术节段是钛网下沉的危险因素，手术节段越多，颈椎稳定性丧失越多，术后钛网下沉的可能性越大^[8^，^19]。在本研究中，手术节段所导致的组间差异并不具备统计学意义，提示手术节段数亦不是钛网下沉的危险因素。值得注意的是，作者采用Fisher确切概率检验所得的结果P值=0.053，十分接近于检验标准(< 0.05)。这也提醒扩大样本含量后，不排除出现相反结果的可能，这值得进一步探究。

本研究结果提示术钛网下沉与术后神经功能改善密切相关。根据颈椎JOA评分计算术后神经功能改善率，非下沉组与下沉组改善率分别为(66.2±4.6)%及(52.4±6.2)%。钛网下沉的患者神经功能改善较钛网无下沉的患者差。作者认为这主要是由于椎间高度下降及颈椎曲度改变导致神经根出口狭窄，神经根受压缓解不明显所导致；同时，椎间高度下降继发的局部黄韧带褶皱、脊髓位移亦可能引起相应的症状。然而，影响术后神经功能的因素较多，钛网下沉是否是其独立危险因素还存在争议，有待进一步证实。除此之外，钛网下沉导致的椎体轻度塌陷亦有可能导致患者颈肩局部疼痛酸胀。

3.3 钛网下沉的预防颈椎次全切除术后钛网下沉的高发病率及对手术效果的影响迫使开始寻找预防钛网下沉的方法。术中仔细修剪钛网增大接触面积、避免过度撑开等方法以被大多脊柱外科医生所认可。此外，术后佩戴颈托保护亦被认为能减少钛网下沉的风险，具体佩戴时间长短还需进一步文献证实，不排除本研究中患者术后颈托佩戴时间偏短引起钛网下沉的高发生率。苏再发等^[20]认为保留终板能够提高接触面抗压能力以降低钛网下沉率，但保留终板所带来的如减压不彻底等弊端亦可能影响手术效果。同时也有学者认为配有盖端的钛网在术后维持椎间高度方面优于单纯钛网以及自体髂骨^[21-22]。何磊等^[23]研究了加用终板环的方法，认为终板环亦有降低钛网下沉发生率及程度的有点。据此作者采用的钛网垫片在尽可能增加终板与自体移植碎骨接触面积、不影响融合率的前提下，增大了钛网与相邻椎体的接触面积，有助于减少钛网下沉的发生；若继续改良垫片使其外圈直径增加使其超过钛网直径，有可能进一步降低术后钛网下沉率。本研究中作者还注意到，部分钛网下沉患者钛网下端几乎接触下位椎体螺钉，但这些患者之后的随访却未发现钛网下沉继续进展。这也提醒术中于下位椎体植入螺钉时选点尽可能偏高以减轻钛网下沉。此外，新型翼形钛网和全接触式植骨重建钛网等的研究部分解决了目前临床使用钛网的设计缺陷^[24-32]，并取得的初步临床成果，但仍需要进一步改进。

近年来，3D打印技术越来越多地应用于临床，其相关研究也得到巨大发展，这也为解决钛网下沉问题提供了新的思路。3D打印技术能够全面、精确地显示颈椎各部位的解剖结构和空间关系，有助于提高钛网末端与终板的吻合度^[33-35]。目前，3D打印技术制备个体化颈椎间融合器已在标本实验中取得初步成果，表现出较好的终板匹配性^[36]；同时3D打印技术制作的椎体替代物亦在动物实验中获得成功^[37]。此外，3D打印结合新型材料技术可制造出合适孔隙率的椎体替代物，能够模仿不同患者的骨小梁结构，从而减少植入物破坏周围骨结构的风险^[38-39]。

3.4 结论最后，根据本研究数据，认为钛网下沉是颈椎次全切除术后常见并发症之一，发病率约为56%，平均发生于术后半年。年龄、性别及手术节段数目均不是术后钛网下沉的独立危险因素。术后钛网下沉对手术效果有明显影响，术后钛网下沉的患者神经功能恢复差于无下沉患者。鉴于本研究样本含量偏少，研究结果还需要多中心、大样本临床试验进一步证实。

颈椎前路椎体次全切除后钛网下沉原因及对颈神经功能的影响

Titanium mesh cage subsidence following anterior subtotal vertebrectomy for cervical spondylosis: the underlying mechanism and its effect on cervical neurologic function

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