徒手置釘技術在脊柱畸形矯正中的準確性與安全性研究

葉 斌，孟祥龍，劉玉增，海 涌

椎弓根螺釘技術的發展使脊柱內固定技術走向了一個嶄新的時代，眾多的優勢使得它從傳統的內固定技術中脫穎而出:更牢固的固定、更好的矯形效果、更少的并發癥發生率等，然而，這都取決于準確的置釘技術，因為螺釘的誤置有可能會損傷鄰近結構，甚至產生災難性的后果。

越來越多的方法可以用以協助椎弓根螺釘置入，如術中C形臂X線機透視、術中神經電生理監測、計算機導航等，雖然這些技術手段的確可以提高椎弓根螺釘置釘的準確性，但同時也帶來了一些不利影響:更昂貴的花費、術中放射線的暴露、手術室污染以及增加感染風險等，這使得其產生的臨床收益受到質疑，甚至有學者提出疑問:真的需要它們嗎?而傳統的徒手置釘技術完全依賴于解剖標志的確立，完全可以避免上述協助手段帶來的不利影響。雖然越來越多的形態學及解剖學研究表明了脊柱不同區域椎弓根及椎體的變異，尤其是在胸椎，似乎給徒手置釘技術的實施帶來了阻礙。但臨床研究已表明，有經驗的醫師使用徒手置釘技術置入椎弓根螺釘是準確與安全的，雖然準確性不及使用術中透視或導航手段下的手術，但依然伴隨著很低的并發癥發生率，這使得徒手置釘技術所獲得的臨床收益較其他技術手段高。因此，本臨床研究擬探討本單位徒手置釘技術在脊柱畸形矯正中的準確性與安全性。

1 臨床資料與方法

1.1 一般資料

2012年4月～2012年8月期間，共36例脊柱畸形患者在本院骨科接受后路經椎弓根螺釘內固定矯形手術治療，術中使用徒手置釘技術置入椎弓根螺釘，不使用C形臂X線機透視及計算機導航等輔助設備。本研究中36例脊柱畸形患者年齡為12～64歲，平均 22.9歲;其中男 7例(19.44%)，女 29例(80.56%)。總共置入550顆螺釘，平均每人15.28顆螺釘。病例組成為:先天性脊柱側凸(congenital sciliosis，CS)16 例(44.44%)，男3 例，女13例，年齡18.75±4.82歲;特發性脊柱側凸(adolescent idiopathic scoliosi，AIS)12 例(33.33%)，男 1例，女11例，年齡17.00 ± 4.43歲;成人脊柱側凸(adult scoliosis，ADS)3 例(8.33%)，均為女性，年齡36.33 ±5.69歲;退變性脊柱側凸(degenerative scoliosis，DS)2 例(5.56%)，均為女性，分別為 59歲、64歲;強直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)伴脊柱后凸畸形3例(8.33%)，均為男性，年齡29.67±10.69歲。不同脊柱畸形患者手術前后側凸或后凸角度及術后矯正情況見表1。

1.2 外科技術

常規消毒、鋪巾，后路正中切口，沿棘突-骨膜下分離至雙側橫突尖部。徹底清除小關節或關節突關節上軟組織結構以清晰顯示骨性解剖標志。胸椎的進釘點為下關節突外側緣與肋橫突中上1/3連線之交界;腰椎的進釘點為平分椎體橫突的水平線與沿下關節突外側緣的垂直線之交點。準備釘道之前，在確定的進釘點部位部分去皮質直至可見髓質骨，使用探針試探椎弓根的完整性，深度為10～15 mm，然后使用椎弓根探子進一步加深和拓寬釘道直至深度約20 mm，接著再次使用使用帶球狀尖部的探針觸診椎弓根壁的完整性，確認在釘道準備過程中未發生皮質穿破后，使用椎弓根探子進一步加深釘道。椎弓根探子可前進到的距離在上、中、下胸椎及腰椎分別為 20～25 mm、25～30 mm、30～40 mm、40～45 mm，每次使用探子進一步加深釘道之后都要使用帶球狀尖部的探針試探椎弓根四壁及椎體前壁的完整性。在最后使用探針排除了椎弓根壁的穿破后，便置入合適長度和直徑的螺釘。待所有椎弓根螺釘置入完畢后，使用原位彎棒技術或去旋轉技術等進行側凸畸形矯正。矯形完成后對擬融合節段的所有椎體的椎板及關節突關節行去皮質處理，使用自體骨或同種異體骨行植骨融合。常規閉合傷口，傷口保留閉式引流。術后待患者病情穩定后拍攝站立位脊柱全長正側位片及固定節段CT平掃描。所有患者術中均使用徒手置釘技術，不使用C形臂X線機透視、CT或X線導航;部分較嚴重病例或重度后凸畸形需截骨矯形患者使用神經電生理監測，包括體感誘發電位(somatosensory evoked potential，SSEP)和運動誘發電位(motor evoked potential，MEP)。

表1 不同脊柱畸形患者手術前后Cobb角或后凸角度及矯正情況Tab.1 Pre-and postoperative cobb’s angle of scoliosis or kyphosis and correction of patients with different spinal deformity

1.3 評估方法

所有病例于病情穩定后行站立位脊柱全長X線片及置釘節段CT平掃描，2名獨立的醫生通過影像歸檔和通信系統(picture archiving and communication systems，PACS)查看影像學圖像，根據置入螺釘與椎弓根或椎體的相對關系，確定皮質穿破的類型，爭議案例經討論后確定其誤置類型;分別記錄皮質穿破長度，取平均值。本研究使用術前正位X線片測量椎體旋轉度，術后CT橫斷面判斷有無外側皮質穿破(lateral cortical perforation，LCP)、內側皮質穿破(medial cortical perforation，MCP)、前壁穿破(anterior cortical perforation，ACP)發生，術后正側位X線片判斷有無上終板穿破(endplate perforation，EPP)、椎間孔穿破(foramen perforation，FP)，誤置螺釘穿破皮質的長度單位為mm。

參考一個新近提出的分類系統［1］，定義螺釘誤置類型(見圖1)。MCP:0級，螺釘完全在椎弓根內或穿破內側壁小于螺釘直徑的1/2(見圖1a);1級，螺釘穿破內側壁大于螺釘直徑的1/2(見圖1b);2級，整個螺釘完全處于椎弓根內側壁以內(見圖1c)。LCP:0級，螺釘完全在椎弓根內或穿破外側壁小于螺釘直徑的1/2;1級，螺釘穿破外側壁大于螺釘直徑的1/2(見圖1d);2級，整個螺釘完全處于椎弓根外側壁以外(見圖1e)。ACP:0級，螺釘尖完全在椎體內;1級，螺釘尖穿破所在椎體壁(見圖1f)。FP:0級，螺釘尖未穿破椎弓根邊界(見圖1g);1級，螺釘尖部穿破椎弓根邊界至上側或下側神經根孔(見圖1h)。EPP:0級，螺釘尖完全在椎體內;1級，螺釘尖穿破上側或下側終板至鄰近椎間盤間隙(見圖1i)。分級中，0級為可接受置釘，1或2級為誤置螺釘。

側凸病例中椎體旋轉度的評估采用Nash-Moe旋轉度(在正位X線片上的影像學表現)分級方法［2］進行分類。

1.4 數據統計

使用 Microsoft office 2013、SPSS 18.0 進行統計分析，不同條件組螺釘誤置率的區別使用χ2檢驗。

2 結 果

總共置入椎弓根螺釘550枚，其中340枚螺釘位置完全正確，準確率為61.82%;210枚螺釘為誤置螺釘(其中12枚螺釘為非單一性誤置螺釘，包含2種或以上誤置類型)，總的螺釘誤置率為38.18%，MCP的發生率為5.27%(29/550);LCP的發生率為 27.09%(149/550);ACP 的發生率為6.55%(36/550);EPP的發生率為0.55%(3/550);FP的發生率為0.91%(5/550)。所有病例術后均無神經、血管及內臟相關并發癥出現。正常及各型誤置螺釘在椎體中的分布、各型誤置螺釘的發生率及穿破程度見圖2～4;不同病例組螺釘分布見圖5、6;上、中、下胸椎及腰椎螺釘的分布見圖7、8。

圖1 新螺釘誤置分級(a～f，CT橫斷面;g～i，CT矢狀面)Fig.1 New classification of screw misplacement(a-f，cross section of CT;g-i，sagittal section of CT)

圖2 螺釘誤置率Fig.2 Misplacement rates

圖3 不同類型的螺釘誤置Fig.3 Different types of misplaced screws

圖4 MCP和LCP不同距離的例數Fig.4 Different cortical perforation distance of MCP and LCP

圖5 正常螺釘與誤置螺釘在不同的脊柱畸形中的分布Fig.5 Distribution of normal screws and misplaced screw in different spinal deformity

圖6 不同MCP和LCP亞型在不同脊柱畸形的分布Fig.6 Distribution of MCP and LCP subtype in different spinal deformity

圖7 不同部位誤置螺釘的分布Fig.7 Distribution of misplaced screws in different regions of spine

圖8 不同部位MCP和LCP亞型的分布Fig.8 Distribution of MCP and LCP subtype in different regions of the spine

胸椎的總螺釘誤置率高于腰椎(P＜0.01);LCP是最常發生的誤置類型(發生率為27.09%，149/550)，且胸椎比腰椎更易發生(P＜0.01)。MCP的發生率為5.27%(29/550)，胸椎與腰椎的MCP發生率的差異無統計學意義(P＞0.05)。

凹側及凸側的螺釘誤置發生率(正常、MCP、LCP)差異沒有統計學意義(P＞0.05)。凹側MCP發生率(4.71%，12/255)與凸側(6.94%，17/245)的差異沒有統計學意義(P＞0.05);凹側LCP發生率(27.45%，70/255)與凸側(32.24%，79/245)的差異亦沒有統計學意義(P＞0.05)，但均在凸側略高。

本研究中顯示椎體的旋轉對螺釘誤置率的影響在統計學上沒有顯著意義(P＞0.05);在頂椎區域(頂椎及上下各1個節段)置釘與非頂椎區域置釘的螺釘誤置率差異沒有統計學意義(P＞0.05);將側凸病例中螺釘所在彎曲的嚴重程度分為4組(＜40°，40°～60°，60°～80°，＞80°)后進行統計分析，發現側凸的程度似乎對螺釘誤置率的影響不大，差異亦無統計學意義(P＞0.05)。

3 討 論

3.1 概 述

3.1.1 徒手置釘技術的準確性

文獻中報道的徒手置釘技術的螺釘誤置率很不一致，大致為1.7% ～43%［3-8］，而且大部分集中在28%～43%，僅有少部分研究報道徒手置釘技術的螺釘誤置率＜5%。依據骨性解剖標志確定螺釘進釘點是徒手置釘技術的基礎［6，9-10］。很多臨床研究描述了不同的解剖標志線確定進釘點的位置，主要將椎體橫突及上關節突作為解剖標志［3，9，11-12］。在較嚴重的脊柱畸形病例中，橫突可能由于椎體旋轉或楔形變而產生形態的不正常［13］，Modi等［6］使用上關節突基底部與上關節突中外1/3分界線的交界作為胸椎椎體最佳進釘點［14］，使用徒手置釘技術所致螺釘誤置的發生率為31.3%;而另一份回顧性研究報告顯示在側凸角度＞90°的病例中，使用此種方法確定最佳進釘點的螺釘誤置率為34.8%。Parker等［3］通過回顧性分析使用徒手置釘技術置入的6816枚連續螺釘，螺釘誤置率為1.7%;而 Belmont等［8］報道的徒手置釘的螺釘誤置率為1%，值得一提的是在他們的研究中將內側壁穿破＜2 mm以及可接受的使用“in-out-in”技術的外側壁穿破作為位置正確的螺釘。

3.1.2 計算機輔助下骨科手術(computer-assisted orthopaedics surgery，CAOS)

自從將導航技術引入到骨科手術中來以后，CAOS［15-18］應運而生。很多研究表明使用導航系統協助置釘可以提高置釘準確性［19-20］。但是越來越多的研究卻開始發現導航系統可能會帶來一些臨床相關的問題，比如昂貴的設備需要更大的花費、需要更多的人力來執行機器操作、在一定程度上使手術時間更長［21］、手術過程中對患者或醫護人員更高的放射暴露量等，這些缺點也就限制了此類技術在臨床中更為廣泛的應用，而傳統的徒手置釘技術完全可以避免上述問題。

3.1.3 徒手置釘技術相對于導航手術的優勢

相對于導航技術，徒手置釘技術的優點主要為:①可以避免導航技術，尤其是二維或三維X線導航所增加的術中醫護人員和患者的放射線暴露傷害［22-23］;②導航技術需要對圖像進行導入、建模、配準等過程，可能延長手術時間，并增加手術部位感染的風險，而徒手置釘技術可以縮短手術時間，減少與脊柱內固定物相關的手術部位感染風險［24-25］;③CT導航于術前獲得的圖像資料，從CT掃描到導航的這一時間間隔或從配準(registration)到導航的這一時間間隔中，在嚴重創傷所致的節段性不穩病例中，可能會增加術中定位錯誤的發生機會;另外，術中作用于脊柱上的應力可能會導致已安置好的椎弓根螺釘內固定裝置發生移位［26］;④導航設備的昂貴價格使得這種技術很難普及，而徒手置釘技術則無此限制;⑤導航設備占據手術室空間、需要更多人員操作，引起手術室密度過大，可能引起器械污染;⑥與導航系統本身相關的軟件及硬件錯誤也逐漸暴露出來。另外，雖然導航設備比徒手置釘技術擁有更高的準確性，但徒手置釘技術的臨床結果的安全性卻與其相差無幾，螺釘誤置率的高低并沒有影響到臨床結果的好壞［27-29］。Parker等［3］報道的 1.7% 的螺釘誤置率以及低并發癥發生率更是表明了徒手置釘技術的準確性與安全性。

3.2 對結果的討論

3.2.1 胸、腰椎節段置釘的準確性

本研究結果顯示徒手置釘技術的螺釘誤置率38.18%，與相關報道相一致。胸腰椎的螺釘誤置率區別存在顯著差異(χ2檢驗，P＜0.01)，而且這種差異主要體現在外側皮質穿破上，這可能是由于胸椎的解剖結構復雜，椎弓根及椎體較小，脊髓活動范圍小，發生內側皮質穿破則更可能損傷脊髓神經，因此在不使用C形臂X線機透視、導航等技術協助的情況下，醫生對此常見的處理方式為使用經肋椎關節(in-out-in)的進釘方式，以避免在椎弓根較小的胸椎置釘時發生內側穿破而帶來危險。文獻中已有對此種皮質穿破類型的考慮，Youkilis等［26］在對椎弓根皮質穿破的分類學方法中將“通過肋椎關節的外側故意進釘點”(intentional lateral screw entry through the costovertebral joint)作為“假3級穿破”(False grade 3)劃分出來，以便與真正的胸椎椎弓根外側皮質穿破(True grade 3)區別，前者作為一種外科置釘技術用于椎弓根較小的胸椎是有意為之，而后者則是真正的螺釘誤置。因此，本研究中真正無意識的螺釘誤置率可能要比上述結果要低。

關于皮質穿破的距離，這在不同的誤置螺釘類型中呈現很明顯的分化趨勢(見圖4)。LCP的穿破距離大體上很明顯的高于MCP，而且LCP的穿破距離主要集中在4～8 mm(占71.81%)，MCP的穿破距離主要集中在2～6 mm(93.1%);另外，根據Abul-Kasim等［1］的分類方法，本研究中LCP 2型螺釘在LCP中的比例(69.13%)也很明顯高于MCP 2型在MCP中的比例(24.14%)。

3.2.2 側彎凹、凸側置釘的準確性

本研究顯示在凹、凸側置釘對螺釘誤置率沒有影響，這與Su等［30］的研究結果相一致;但是本研究結果顯示雖然沒有統計學意義，但兩者卻均更傾向于在凸側發生，這與Abul-Kasim等［31］的研究不太一致，他的研究表明凹側更易發生內側皮質穿破(P＜0.01)。

3.2.3 患者左、右側置釘的準確性

有趣的是，本研究顯示在患者右側置釘時更易發生椎弓根外側皮質穿破，而內側皮質穿破也有這種傾向，這與Abul-Kasim等［31］的研究也是不一致的，他們的研究結果顯示內側壁皮質穿破更易在左側發生(P ＜0.01)。

3.2.4 對結果的思考

這些臨床研究結果的不一致性，引人思考:醫生的經驗(比如在置釘時是否會意識到椎體旋轉而試圖克服旋轉帶來的置釘困難，甚至產生矯枉過正等)、習慣(例如右利手與左利手在不同側的方便性可能不一樣等)是否可能會對這些結果產生一定影響?畢竟臨床上大部分的研究僅能對一些可測量指標進行統計分析，而很少涉及一些經驗、習慣對結果的影響，而醫師們的經驗、習慣對臨床結果差異性的貢獻有多少也無從得知，這可能需要更進一步的研究。

3.2.5 安全性

盡管報道的徒手置釘技術的螺釘誤置率大小不一，但神經血管等并發癥均非常罕見［3，8，20，28，30，32-35］。在本研究中沒有因為螺釘誤置而發生神經或大血管并發癥的病例，這與之前的文獻研究是也相一致的。值得一提的是，在所有內側皮質穿破的螺釘中，有2枚螺釘穿破距離＞6 mm(分別為6 mm、7 mm，分屬 T12、T9，見圖9)，但并沒有產生任何脊髓或神經損害癥狀，考慮到CT掃描可能造成的偽影以及測量誤差等(通常在2 mm以內［1］)等這可能也進一步證實了T10～L4椎體“安全區”的存在，這是 Gertzbein等［28］在通過對40例胸腰椎(T7～L4)骨折患者的71枚胸椎椎弓根螺釘行CT掃描分析后得出的結論。他認為＜4 mm的內側壁穿破是一個“安全區域”(safe zone)，包括2 mm的硬膜外腔和2 mm的蛛網膜下腔，而Kim等［9］則進一步將4～8 mm的內側皮質穿破歸結為“可疑安全區域”。另外，雖然LCP的穿破距離本研究中較高，最高達12 mm(T5椎體)，但在所有病例中并未出現神經血管并發癥。基于以上結果，如果將“內側皮質穿破距離＜4 mm、外側皮質穿破距離＜6 mm”作為臨床上安全的置釘距離的話，本研究結果顯示徒手置釘的安全性為86.55%。

圖9 本研究中的誤置螺釘Fig.9 Misplaced-screw cases in this research

3.2.6 影響置釘準確性的可能原因分析

引起螺釘誤置的原因可能是多方面的。在所有螺釘置入之前都需要使用椎弓根探子加深釘道并使用探針探測椎弓根各壁的完整性，而術后CT掃描顯示的螺釘誤置說明術中使用探針以評估皮質穿破可能是不可靠的［3］;另外，側凸畸形病例中椎弓根發育畸形、椎體旋轉等客觀因素也可能是引起螺釘誤置的部分原因;在畸形矯正過程中，某些程序(如去旋轉、撐開、加壓等)可能會使已置入的處于準確位置的螺釘發生移動，引起椎弓根部分骨折，從而出現CT上表現的螺釘誤置，即使這些螺釘誤置的發生并非與螺釘置入本身有關;而胸椎進釘點的選擇可能會對胸椎的高螺釘誤置率尤其是外側皮質穿破有貢獻，而這作為一種外科技術的結果也并非屬于真正意義上的螺釘誤置。而考慮到本研究為回顧性研究，筆者無法明確地說明螺釘誤置的發生是與螺釘置入本身有關還是與手術中的一些相關程序相關，在這方面需要進行更多的深入研究。

3.2.7 臨床應對策略

基于上述這些可能引起螺釘誤置的原因分析，為了更好地避免螺釘誤置，在使用徒手置釘技術的過程中，外科醫生在使用椎弓根探子進行釘道準備、使用探針探測椎弓根壁完整性以及螺釘置入過程中需要變得非常謹慎和細心，在畸形矯正程序(如去旋轉、撐開、加壓等)中要適當地把握好力度和程度，在最大程度上減少螺釘誤置，因為與螺釘置入相關的任何一個步驟都可能引起螺釘誤置。

3.2.8 不足之處

本研究亦存在一定缺陷，如病例樣本數較少;椎體旋轉度的測量評估采用X線片上Nash-Moe旋轉度分級方法，相對于使用CT橫斷面上具體的旋轉角度測量，必然使精確度下降;未測量具體椎弓根的直徑(上下徑和橫徑)以及未分析具體螺釘的直徑等。

基于上面的研究結果及討論，本研究結論如下:①徒手置釘技術在脊柱畸形矯正中的應用是安全的，可以避免使用術中透視、計算機導航等帶來的不利影響。②外側壁穿破是最常見的穿破類型，在胸椎的發生率比在腰椎高，在胸椎使用計算機圖像系統等協助置釘可能更有應用價值。

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