下颈椎前路椎弓根螺钉内固定技术的研究进展

田乐，刘刚

(内蒙古医科大学附属医院骨科，内蒙古 呼和浩特 010050)

1 研究背景

下颈椎疾病外科治疗的主要目的为：a)恢复颈椎的正常解剖序列；b)对脊髓、神经根进行减压；c)重建颈椎稳定性。最常见的相关手术方法即为颈椎手术内固定，一般分为前路和后路手术，手术方式一般据患者疾病情况来选择。

从1994年起，Kotani[1]和Machino等[2]已对颈椎后路椎弓根螺钉(posterior cervical pedicle screw，PCPS)内固定技术进行了报道。PCPS利用三柱固定，具有较好的稳定性，在复杂颈椎疾病的手术中具有较强优势[3]。但当出现单纯颈前路钛板螺钉内固定不能稳定固定时，必须联合后路侧块螺钉或者椎弓根螺钉辅助内固定[4]。在2004年，Koller等[5]第一次报道颈椎前路反向椎弓根螺钉技术，并于2008年初步应用于临床。但当患者颈椎骨质较差(如骨质疏松老年患者)，或需要进行多节段减压重建时，传统前路固定方式就无法给予所需的生物力学稳定性，最终导致内固定失效或植骨不融合[6]。王远政等[7]报道提示进行多节段颈椎前路钢板椎体螺钉固定手术时，发生植骨不融合的概率为20%～50%，固定失效率也达30%～100%。此时，往往需要联合后路侧块螺钉或者椎弓根螺钉辅助内固定术或在术后佩戴外固定，大大延长手术时间，扩大手术创伤，给患者生活带来不便[7]。这些因素最终造成该技术无法广泛应用于临床。

2008年，Koller等[8]首次提出了下颈椎前路经椎弓根内固定术概念(anterior transpedicular screw fixation，ATPS(见图1～2)。提示本项技术兼有前路、后路手术的优势：采用椎弓根螺钉固定技术不仅能够获得较高稳定性，而且能够直接对椎体、椎间盘上的病灶进行处理。在提供较高三柱稳定性、缩小手术创伤、缩短手术时间和降低感染方面均有显著优势。但研究同时也发现该术式的置钉危险性大，可能损伤椎动脉、脊髓和神经根，引起严重的并发症。因而，置钉的精确性至关重要。

2 解剖学研究

ATPS固定技术并不是常规的颈前路内固定方法，其一般手术方式是把螺钉从椎体前方经椎弓根进入椎体。与前路钉板相比，其强度更高，拥有更高的生物力学稳定性。同时，其不需再联合后路手术即可完成三柱固定，被众多学者认为可用于治疗相关的脊柱不稳、创伤后凸畸形、严重骨质疏松或强直性脊柱炎等。在该手术中，手术风险和手术难度较大，并且在神经根、脊髓及椎动脉附近需要置入螺钉[9]。

董亮等[10]解剖了42具具有代表性的下颈椎标本，最终提出进钉点、进钉方向以及适用的螺钉是置入前路椎弓根螺钉的关键。

在进针方式的选择上，Koller等[11]认为C2不适合进行ATPS，C3～5进钉点为置钉椎弓根的对侧，C6～T1为椎弓根同侧；而徐荣明[12]等提出最理想的进针途径为：进钉点靠近椎体前正中线，距上终板5mm左右；C3～5、C6～7进钉外倾角度分别为45.8°～52.0°和47.7°～44.3°；C3～6、C7头倾约3.5°～22.0°和12.8°；置钉长度约31 mm。刘建东等[13]同时对24具颈椎干燥标本和34例成人颈椎病患者的CT三维重建图像进行测量，最终推荐进针路径为：C3、C4为椎弓根的对侧；C5进针点为椎弓根的同侧或对侧；C6、C7进针点位于椎弓根同侧。王远政等[14]首次在国内进行大样本解剖研究，其提出进针方式与刘建东稍有不同，他认为C5～7进钉点都在椎弓根同一侧。以上关于螺钉规格和进钉点、进钉方向的ATPS解剖研究，见表1。

上述研究均证明，ATPS在下颈椎是一项可行的技术。但同时，我们发现，椎弓根的解剖结构差异很大，在不同的中心获得的测量数据也有差异。较难准确提供置钉参数，基于此，临床须参考个体的身体成像结果结合临床，选择适合个性化置钉方案。

3 生物力学研究

ATPS固定技术具有较强的生物力学稳定性，这是该技术的优点之一。Koller等[15]通过力学实验，对前路椎体螺钉和前路椎弓根螺钉的拔出强度进行了比较，结果显示ATPS固定组平均抗拔出力与普通椎体钉固定组相比，显著增强，为其2.5倍。在另一项研究中，Koller等[16]采用不同方式固定和重建下颈椎多节段椎体次全切除模型后，对其进行抗疲劳测试，结果显示无论是单独前路椎弓根螺钉固定还是前后路联合固定都能显著减少运动范围，拥有良好的生物力学稳定性。此外，在陈建清[17]的研究中，表明ATPS固定生物力学性能比传统的椎体螺钉固定方法更强。这些研究均证明ATPS固定具有较高的生物稳定性。除此之外，在Wu等[18]关于ATPS生物性稳定研究中，用生物力学法测试了60个下颈椎标本，对ATPS与椎弓根钉进行了抗疲劳试验，对比前后的抗拔力差异。同时，椎弓根骨水泥修复后，ATPS的抗拔出力较椎体钉均更优。此实验说明，ATPS具有较强的稳定性，适宜临床推广应用。

表1 下颈椎前中椎弓根螺钉解剖研究参数比较

4 临床应用

4.1 适应证 下颈椎前路椎弓根螺钉还是一项新技术，仍存在损伤邻近组织的风险，我们需要进一步的研究。该技术的主要适应证有：a)下颈椎中单一节段三柱损伤和失稳，不能进行前后路联合手术；b)多节段下颈椎前路不能通过后路解除压迫，需减压重建；c)类风湿性关节炎、强直性脊柱炎、骨质疏松、肿瘤等；d)60岁以上骨质疏松患者；e)颈椎和胸椎骨折脱位者；f)颈椎前路内固定失败再次手术者。

4.2 置钉方式 与其他螺钉固定方法相同，下颈椎前路椎弓根螺钉置钉方式也是多样的。现阶段，临床上常用的方式一般分三类：a)Yukawa等[19]提出的结合椎弓根轴位像X线透视技术进行置钉，该方式可做到准确置钉，但也让术者及患者均遭到更多射线暴露；b)Aromomi等[20]对椎体减压后，采取“in-out-in”技术，对椎体后壁的开口行置钉。在此方式中，可以直视硬膜囊，使术者可以根据实情调整导针，更具安全性；c)Fu等[21]利用CT扫描和三维重建技术快速制作置钉导板，通过导板置钉(见图1～2)。

通常，椎弓根轴位透视技术在临床实践中是常用的，并且置钉被放置在适当的倾斜角度和固定的进钉点。该技术置钉准确率较高，具体数据可见表2。数据显示：导航的准确性高于透视下置钉的准确度，但是导航和透视组仍然具有较高的缺陷率；因此，ATPS应该在临床使用之前具有更安全的置钉环境。

图1 术前模拟置钉

图2 个性化导板

研究者实验方法样本量(N) 准确性Koller[8]X线透视技术30 轴向78.3%矢状位96%Fu[21]个体化钻孔导板置钉24 91.7%Koller[22]电子导航技术34 100%Bredow[23]三维透视导航95 95%Patton[24]X线透视54 42.6%计算机导航54 66.7%

4.3 专业工具 早期一般应用AXIS钢板及AO重建钢板等器械。赵刘军等[25]学者研究发现部分患者术后会并发不良反应，如吞咽困难，这可能与钢板等突出骨面有一定联系。同时，钢板过长也会导致邻近节段椎间盘的退变加速。而传统钢板无法完全适用于ATPS技术。另外，外突的钉尾还可能导致食道并发症出现。所以，有更多的人开始关注ATPS专用固定器械的研发。针对这一需求，赵刘军等[26]研制了一种ATPS特殊钢板系统，在钢板体的顶部和底部设有放置椎弓根螺钉和椎体螺钉一对螺孔。螺钉孔配有锁定件，锁定件其横向截面与纵向截面均有弧形结构，使钢板与椎体匹配吻合度高。Zhang等[27]设计了一种新型颈椎前路椎弓根螺钉系统，并成功应用于12例颈椎脱位患者。这种设计可以同时支撑同一椎骨的椎弓根。放置前椎弓根螺钉，将器械的上端和下端分成一组螺钉孔，由上椎弓根螺钉槽和下两个椎体螺钉孔组成，椎体钉具有锁定块。吴卫东等[28]设计了一种人工椎体，配置了颈椎前路椎弓根螺钉固定系统。并与钛网正常前钢板系统进行有限元分析。结果表明，在固定节段内，人工椎体比普通前钢板具有更好的稳定性。以上ATPS专用固定器械实物图见图3。

a 赵刘军等设计 b Zhang等设计 c 吴卫东等设计

图3 三种ATPS专用固定器械

4.4 临床疗效 下颈椎前路椎弓根螺钉技术目前尚处于研究阶段，临床疗效报道甚少。Aramomi等[22]采用了颈椎二节段减压，然后置入下颈椎前路椎弓根螺钉的方法治疗患者，2年后复查发现患者平均日本骨科协会评分(Japanese orthopaedic association score，JOA)由术前9.4分提升为14.0分，改善率为64.4%。Bredow等[23]采用下颈椎前路椎弓根螺钉结合AXIS钢板固定技术治疗多节段颈椎病患者。术后随访7～21个月，结果显示JOA评分由术前12.0分提升为术后14.7分，改善率达51.4%。Zhao等[29]对22例颈椎疾病患者行前路椎弓根螺钉技术，术后提示，12个月后的JOA评分由术前(8.5±0.7)分提升至术后(14.5±0.8)分，同时，所有患者达到骨性愈合，术后神经功能显著提升。Ikenaga等[30]在对颈椎病患者行椎弓根螺钉固定结合腓骨植骨融合术前，需对患者第4颈椎进行切除。手术后3个月，JOA评分由11.5分提升为14.5分，同时未出现内固定失败等情况。

4.5 并发症 颈椎椎弓根与重要的神经血管相邻，椎弓根螺钉放置不当会导致严重后果，容易产生外壁、上壁或下壁穿破。但至今还无因置入下颈椎前路椎弓根螺钉造成的椎动脉、脊髓以及神经根损伤的报道出现，这也许是椎动脉在横突孔中所占空间较小有关，这一结果和Kast等[31-33]研究符合。同时，即使出现椎弓根及螺钉破裂后逃逸现象，也会因为移位小而不直接损坏神经血管组织，往往临床症状不明显。

前路置入颈椎椎弓根螺钉也会遇到与传统前路手术相似的并发症如声音嘶哑、食管损伤和脑脊液漏等。

王远政等[34]对10例颈椎损伤患者以ATPS固定，其中有2例出现了吞咽困难的并发症，同时所有患者均达成早期骨融合。在宋小虎等人[35]的研究中22例颈椎病患者进行ATPS固定术术后并发症：声音嘶哑1例；吞咽不适2例；椎弓根螺钉穿刺4例；然而，没有发生神经或血管并发症。从这些报告中，我们可以看到，现阶段临床并发症仍以术后食道刺激症为主，无严重不良后果出现。可这并不代表此项技术就是安全的，我们仍需密切关注术中、术后发生的神经、脊髓、血管损伤及术后食道瘘等情况。

5 总结与展望

综上所述，目前下颈椎前路椎弓根螺钉固定技术在下颈椎重建领域中具有重要的意义，它兼有前后路手术的优势，具有损伤较小和和生物稳定性强的优点，极具临床应用价值，但此技术对置钉者的技术水平有较高的要求，它不仅要求执业者对颈椎前路手术的解剖了解深入，同时需要较丰富的颈椎后路椎弓根螺钉植入临床经验，需要能显示清晰图像的成像设备。因此，该项技术难以在基层医院进行推广。临床研究中缺少大样本、长期随访资料，其临床疗效仍需更多的循证医学证据支持。该项技术尚未完全成熟，目前，还不能代替传统的颈椎前路减压融合术和后路椎弓根螺钉内固定技术，可被视为一种增加前路手术稳定性的补充方法，有选择性地应用于具有相关适应证的患者中。同时，这一技术的置钉风险仍相对较高，临床中有待设计出专业的前路椎弓根螺钉置钉的配套内固定系统，潜在风险无法预估，一定要严格把握手术指证。我们可以预见，随着导航技术以及精准医疗和数字医学的不断发展，这项技术的临床应用前景非常广泛。