腰椎皮质骨钉道螺钉内固定技术的研究进展

陈思学 王逢贤 杨永栋 赵赫 俞兴*

椎弓根螺钉内固定是目前应用最为广泛的腰椎内固定技术。然而，骨质疏松腰椎患者行椎弓根螺钉内固定后常易发生螺钉的松动、移位、甚至拔出，导致固定手术失败。因此，如何提高骨质疏松患者腰椎椎弓根螺钉固定的可靠性一直是近十年来的临床难题。国内外脊柱外科医生及学者相继提出了多种提高椎弓根螺钉在骨质疏松椎体中固定可靠性的方法，如骨水泥预填充钉道、可灌注骨水泥椎弓根螺钉等。皮质骨钉道（cortical bone trajectory，CBT）螺钉内固定技术是由Santoni等[1]于2009年首次提出，该技术通过增加螺钉与皮质骨的接触面积，增加了螺钉在骨质疏松患者腰椎中的抗拔出力。目前，国内外学者对CBT螺钉的基础与临床应用的研究较多，对该技术的评价褒贬不一。本文将从技术特点、生物力学研究、临床应用状况、优缺点等方面进行综述。

1 CBT螺钉内固定的技术特点

2009年Santoni等首次提出腰椎皮质骨钉道内固定技术，其核心点：螺钉通过椎弓根遵循在横切面上由内向外和在矢状面上从尾端朝向头端的路径。与传统的椎弓根螺钉不同，皮质骨钉道螺钉螺纹更细密，追求与皮质骨接触最大化，增加了螺钉的把持力，减少螺钉松动[1]。随后，日本学者Matsukawa等[2]对CBT螺钉内固定技术进行了深入的研究，作者对100名成年人（男92名，女8名，平均年龄37.0±14.0岁）腰椎进行CT扫描，观察测量470个腰椎，分析 CBT螺钉内固定的进针点、进针点至椎板外侧缘间距、进针外倾角、进针头倾角、钉道直径及长度等。确定进针点位于椎体的上关节突中垂线与横突下缘下方1mm的水平线的交点处（见图1）。面向时钟定位，进针点左侧投射在椎弓峡部5点钟方位，指向11-12点钟方向；右侧投射在椎弓峡部7点钟方位，指向12-1点钟方向（见图2）。进针点至椎板外侧缘间距从L1至L5分别为（0.8±1.1）mm、（1.5±1.2）mm、（2.0±1.1）mm、（3.3±1.1）mm、（4.7±1.0）mm。进针外倾角从 L1至 L5分别为（8.6±2.3）°、（8.5±2.4）°、（9.1±2.4）°、（9.1±2.3）°、（8.8±2.1）°，头倾角为（26.2±4.5）°、（25.5±4.5）°、（26.2±4.9）°、（26.0±4.4）°、（25.8±4.8）°，进针角度各椎体间无统计学差异。钉道最大直径从L1（6.2mm±1.1mm）到L5（8.4 mm±1.4 mm）逐渐增加；钉道最大长度从L1至L5分别 为（36.8±3.2）mm、（38.2±3.0）mm、（39.3±3.3）mm、（39.8±3.5）mm、（38.3±3.9）mm。

国内学者陈文杰等[3]随机分析80名正常人群（男女各40名，年龄21～40岁）的腰椎 CT扫描资料，认为 CBT螺钉内固定技术的理想进针点同Matsukawa[2]的观点一致，测量L1-L5各节段CBT螺钉进针点至椎板外侧缘间距依次为（1.19±0.75）mm、（1.54±1.08）mm、（2.01±1.45）mm、（3.49±1.52）mm、（4.47±1.32）mm，进针外倾角分别为（8.46±2.11）°、（9.37±2.84）°、（9.62±2.16）°、（9.53±1.98）°、（9.04±1.97）°，进 针 头 倾 角 分 别 为（26.47±4.97）°、（25.94±4.56）°、（26.42±4.42）°、（26.29±3.48）°、（26.89±3.6）°，进针角度无统计学差异。钉道直径分别为（6.04±1.23）mm、（6.17±1.24）mm、（7.15±1.22）mm、（8.02±1.41）mm、（8.68±1.42）mm，钉 道 长 度 分 别 为（37.56±2.41）mm、（38.72±2.36）mm、（39.51±2.51）mm、（39.78±2.87）mm、（38.83±2.74）mm。在同一腰椎节段，男性钉道直径大于女性，差异有统计学意义。陈文杰等测量的正常成人腰椎皮质骨钉道的手术相关解剖学参数与日本学者Matsukawa观测的基本相似，认为CBT螺钉直径从L1至L5逐渐增大，主要取决于椎弓根的宽度，螺钉常用长度规格为35 mm～40 mm，平均外倾角为（9.20±2.11）°，平均头倾角为（26.41±4.22）°。但在临床工作中需根据患者腰椎实际解剖学特点，个体化选择CBT螺钉长度和直径。

图1，CBT螺钉进针点[2]。

图2，黑箭头指CBT螺钉置钉方向，红箭头指传统椎弓根钉道螺钉置钉方向。A冠状面像；B矢状面像；C横断面像[4]；L4/5CBT螺钉内固定；D前后位片；E侧位片。

2 CBT螺钉内固定的生物力学

2.1 抗轴向拔出力

2009年 Santoni等[1]进行成人尸体的腰椎生物力学研究发现，与传统椎弓根螺钉相比，CBT螺钉的抗拔出力增加30%。Matsukawa等[5]通过三维有限元模型分析，结果显示正常腰椎中CBT螺钉抗拔出力强度比传统椎弓根螺钉增加23.4%。Sansur等[6]通过疲劳试验对比研究了CBT螺钉和传统椎弓根螺钉在骨质疏松性成人尸体上的最大抗拔出力，结果显示CBT螺钉在下腰椎最大抗拔出力大于传统椎弓根螺钉（L4：625.6 N±233.4 N VS 450.7 N±204.3 N；L5：640.9 N±207.4 N VS 519.3 N±132.1 N），而在上腰椎传统椎弓根螺钉最大抗拔出力更大（L2：783.0 N±516.1NVS338.4 N±168.2 N；L3：723.0 N±492.9 N VS 469.8 N±252.0 N），分析其原因可能与L2、L3椎体CBT螺钉平均直径和长度均比传统椎弓根螺钉更小有关。由此可见，下腰椎CBT螺钉的抗拔出力较传统椎弓根螺钉有显著提高。

2.2 旋入扭矩

Matsukawa[7]通过术中测量对比分析腰椎 CBT螺钉（164枚）和传统椎弓根螺钉（38枚）的旋入扭矩，结果显示 CBT螺钉和传统椎弓根螺钉最大旋入扭矩分别为 2.49 Nm±0.99 Nm、1.24 Nm±0.54 Nm，CBT螺钉旋入扭矩是传统椎弓根螺钉的2.01倍。同一椎体上混合置钉测量显示了CBT螺钉旋入扭矩是传统椎弓根螺钉的1.71倍。但真性滑脱的腰椎上CBT螺钉旋入扭矩显著降低。Ninomiya等[8]对比研究真性腰椎滑脱组和无腰椎滑脱组两组CBT螺钉旋入扭矩，结果显示滑脱组螺钉平均旋入扭矩显著低于无滑脱组（0.48Nm±0.20 NmVS0.93Nm±0.10 Nm），腰椎节段之间旋入扭矩无统计学差异，年龄性别组（＜75岁男性组和≥75岁女性组）之间旋入扭矩差异有统计学意义（1.13Nm±0.12 NmVS0.62Nm±0.15Nm），其原因可能与患者骨密度相关。

2.3 抗屈伸、侧弯、轴向旋转强度

Matsukawa[9]收集30名骨质疏松患者 L4椎体（男11名，女19名，平均年龄77.3±7.4岁）CT扫描数据，构建三维有限元模型，分析对比了传统椎弓根置钉（TT组）、CBT置钉（CBT组）和两者交叉置钉（Cross组）情况下椎体前屈、后伸、侧弯、轴向旋转四种运动的螺钉最大固定失败载荷，结果显示TT组、CBT组、Cross组螺钉最大固定失败载荷：前屈分别是412N±43N、527N±82N、818 N±124 N；后伸分别是396N±47 N、480N±89N、783 N±98N；侧弯分别是580 N±89 N、568 N±74 N、761 N±168 N；轴向旋转分别是1807N±360 N、1007 N±97N、2105N±371N。CBT螺钉固定强度在屈伸方向强于TT组螺钉，在侧弯方向与TT组螺钉几乎等效，而在轴向旋转方向略低于 TT组螺钉。Perez-Orribo等[10]在人尸体L3-4节段椎体标本上行CBT钉棒固定（CS-rod组）和传统椎弓根钉棒固定（PS-rod组），分析对比两者屈伸、侧弯、轴向旋转各方向的生物力学，结果显示：单纯固定下轴向旋转方向PS-rod组更坚强，两组间稳定性相似，TLIF（TransforaminalLumbarInterbodyFusion）情况下侧弯方向PS-rod组比CS-rod组更坚强；DLIF（Direct Lateral Interbody Fusion）情况下两组间各方向稳定性无显著差异。Matsukawa等[5]构建峡部裂组腰椎和正常组腰椎两种三维有限元模型，分析对比CBT螺钉内固定和传统椎弓根螺钉内固定生物力学测试结果，正常组CBT螺钉固定强度前屈增加36.4%，后伸时增加23.8%，侧弯和轴向旋转分别降低17.4%和36.3%；峡部裂组 CBT螺钉固定强度各方向均显著低于传统椎弓根螺钉，前屈、后伸、侧弯、轴向旋转分别降低39.0%、35.6%、50.7%、59.3%。以上系列生物力学研究侧方证实了在无滑脱腰椎中CBT螺钉较传统椎弓根螺钉具有更好的抗屈伸能力，在抗侧弯和轴向旋转强度方面可能较弱，而在滑脱腰椎中CBT螺钉的抗屈伸、侧弯、轴向旋转强度较传统椎弓根螺钉有显著降低。

3 CBT螺钉内固定的临床应用

2009年Santoni等首次提出腰椎CBT螺钉内固定技术后，该技术随即被应用于临床，相关临床研究结果陆续被报道。

3.1 适应证和禁忌证

文献报道 CBT螺钉内固定技术的适应证主要包括：退行性腰椎滑脱、腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症、腰椎术后邻近节段退变、退行性腰椎侧凸、腰椎术后翻修等。CBT螺钉内固定技术适应症较广，但该术式出现时间较短，缺乏临床长期随访，其适应证仍需要更多的临床研究。CBT禁忌证报道相对较少，主要有峡部裂、椎弓根发育异常、椎弓根过于短小以及需要广泛切除椎板横向减压至上关节突处等。

3.2 入路相关临床研究

CBT螺钉内固定技术手术入路：患者全身麻醉后俯卧位，中立位悬空腹部，后正中入路（单节段行4cm～6cm的皮肤切开），显露棘突及两侧椎板（注意尽可能保留头端关节突关节完整）[11]。相比传统椎弓根螺钉内固定技术，CBT螺钉内固定技术可能因其手术切口小、对椎旁肌剥离少等手术入路的优点，术中出血少，腰背部肌肉损伤少及脂肪浸润率较低。Hung等[12]对比研究了CBT-PLIF（PosteriorLumbar Interbody Fusion）组（16例）和PS-PLIF组（16例）术后腰背部肌肉脂肪浸润率，18个月随访结果显示CBT-PLIF组上邻近节段脂肪浸润率增加到2.52%，下邻近节段7.67%，而在 PS-PLIF组上邻近节段9.34%，下邻近节段16.71%。Takenaka等[13]随访单节段CBT-PLIF组和PS-PLIF组1年，对比发现CBT-PLIF组术中出血量更少，术后肌酸激酶水平更低，围手术期止痛栓使用更少。初学者使用该技术时会出现置钉位置不佳，容易伤及椎小关节。Matsukawa[14]对202例腰椎CBT螺钉内固定进行CT扫描，结果显示近端螺钉侵犯椎小关节的发生率为11.8%(48/404)，侵犯椎小关节组与未侵犯椎小关节组椎小关节与螺钉距离（3.2 mm±1.0 mm：8.1 mm±2.3 mm）、头倾角（25.8°±6.3°：29.9°±7.6°）及椎板与钉尾距离（5.6 mm±1.6 mm：6.4 mm±1.9 mm）三个方面有统计学差异。通过多重 Logistic回归分析显示年龄＞70岁、椎体滑移＞10%、邻近椎小关节退变 (Pathria分级为2或3级)是近端螺钉侵犯椎小关节的独立因素。

3.3 整体临床疗效

尽管CBT螺钉内固定技术与传统椎弓根螺钉内固定技术整体临床疗效相当，但CBT螺钉内固定技术并发症发生率少，术后患者满意率更高。Keorochana等[15]对腰椎CBT螺钉内固定及传统椎弓根螺钉固定技术荟萃分析，两种技术在术后腰痛VAS、下肢痛VAS、腰椎ODI、JOA评分及植骨融合率方面无统计学差异，CBT组术中并发症（硬脊膜撕裂、椎弓根骨折、置钉错位）发生率低12%，后期并发症（血肿、切口感染、Cage移位、邻近节段退变）发生率低50%且有统计学差异。Lee等[16]前瞻性地对比研究单节段腰椎CBT组和PS组术后2年随访结果，发现CBT组术后1个月患者满意率明显高于 PS组。而在术后疼痛方面，有学者提出了不同的看法。斯坦福大学医学院Chen等[17]对比研究了CBT组（18例）和PS组（15例）的术后疼痛，结果显示两组术后即刻疼痛VAS评分无显著差异（CBT组4.67分，PS组4.62分），而6到8个月后两组疼痛VAS评分差异显著（CBT组6.14分，PS组3.8分）。但是该研究有局限性，如样本量小，缺乏随机化，PS组的女性患者比例较高。女性椎弓根直径较小，一定程度限制了CBT螺钉应用。有文献报道，由于情绪、性别角色的信仰或荷尔蒙的影响，女性可能会有不同的疼痛阈值。

3.4 CBT螺钉内固定技术治疗退变性腰椎滑脱

对于退变性腰椎滑脱症患者，CBT螺钉内固定技术比传统椎弓根螺钉内固定技术显得更有优势。Sakaura等[18]对比分析了退变性腰椎滑脱 CBT-PLIF组（95例，平均随访35个月）与PS-PLIF组（85例，平均随访40个月），发现CBT-PLIF组 JOA评分从术前平均13.7分升至末次随访平均23.3分（平均恢复64.4%），而PS-PLIF组JOA评分从术前平均14.4分升至末次随访平均22.7分(平均恢复55.8%）。CBT-PLIF组84例(88.4%)和PS-PLIF组79例(96.3%)均实现植骨融合但两者无统计学差异。PS-PLIF组9例(11.0%）患者出现有症状的邻近节段退变（AdjacentSegmentDegeneration,ASD），而CBT-PLIF组仅3例 (3.2%)。有学者认为CBT螺钉内固定技术最佳适应证是Ⅰ°或Ⅱ°单节段退变性腰椎滑脱症。Tortolani等[19]认为 CBT螺钉内固定技术治疗Ⅰ°或Ⅱ°退变性腰椎滑脱症最安全节段是L3-4或L4-5，原因是下腰椎椎弓峡部更宽。Mori等[4]回顾了CBT螺钉内固定技术治疗32例单节段退变性腰椎滑脱症（20例Ⅰ°，12例Ⅱ°）的临床疗效，2年随访结果显示所有患者的下肢疼痛均得到很好改善，无任何螺钉断裂或神经功能恶化，无一翻修。CBT螺钉内固定技术治疗双节段退变性腰椎滑脱症患者临床疗效仍然确切。Sakaura[20]等对比分析了双节段退变性腰椎滑脱症CBT-PLIF组（22例，平均随访39个月）和PS-PLIF组（20例，平均随访35个月），CBT-PLIF组平均手术时间、术中平均出血均少，有症状的 ASD发生率低，平均JOA评分恢复率高，节段融合率略低但无统计学差异。

3.5 CBT螺钉与传统椎弓根螺钉Hybrid手术

CBT螺钉与传统椎弓根螺钉进针点和钉道不相同，可以相互交叉而不重叠，故两种螺钉可以混合使用，即腰椎另一种新型手术方式-腰椎Hybrid手术，临床疗效满意。Tortolani等[19]报道了单节段的尾端椎传统椎弓根螺钉联合头端椎CBT螺钉的混合内固定技术临床疗效良好，未出现螺钉松动。Ashayeri等[21]首次报道了一例68岁先天性多节段脊柱未分节与脊柱畸形的患者行CBT螺钉和传统椎弓根螺钉固定混合手术，术后6个月的随访结果显示了临床症状较前好转，无任何螺钉松动。

4 CBT螺钉内固定的优缺点

5 展望

综上所述，CBT螺钉内固定技术是一种新型的腰椎椎弓根螺钉内固定技术。国内外相关的基础和临床研究结果表明，CBT螺钉内固定技术具有螺钉把持力强、手术切口小、腰背部肌肉损伤少及术后恢复快等优点，可以作为腰椎后路内固定技术的有效补充，尤其针对骨质疏松患者下腰椎固定。但该技术应用临床时间尚短，需要更多的生物力学研究及开展更大规模的前瞻性和对比性临床研究来证实该手术方式的安全性及有效性。此外，CBT螺钉内固定技术具有严格手术适应证及禁忌证，脊柱外科医生应用该技术过程中应选择合适的病人，规范术中操作，认真随访，才能更有利于此技术发展。