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椎弓根螺钉植入方法的研究进展

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中国矫形外科杂志2002年1月第9卷第1期Orthop J Ch kn,Vo1.9,No.1 January 2002 椎弓根螺钉植入方法的研究进展 季中围分类号R681 5 文献标识码A 兵综述文章编号李世德校 1005—8478(2002)01—0061—04 椎弓根螺钉(Pedicle Screw,PS)是脊柱外科发展 史上的重要里程碑,它是脊柱生物力学研究的产物。 1949年Harrington对脊柱植入物进行系统地研究后 渐增多,主要集中在以下两个方面。 1 PS系统本身有关的并发症 1.1内固定系统弯曲、断裂。 1.2螺钉松动、滑移。 首先将Harrington Rod用于特发脊柱侧凸的矫正。 1977年Luque提出了“脊柱节段性”概念,并建立了椎 1 3应力遮挡,疲劳骨折。 1 4植入物自身干扰效应。 2与PS植人有关的并发症 2.1螺钉击穿椎体前方,损伤前方大血管或胸腹腔 内脏器,引起气、血胸,心脏损伤,输尿管损伤等。 2.3误植引起椎弓根骨折 2.4螺钉穿出椎弓,降低系统作用。向内侧进入椎 管,使硬脊膜破裂,术后脑脊液漏.甚至损伤脊髓、神 经根;螺钉向上或向下进入椎间孔,尤其向下,使神经 根受卡压,导致术后严重的根性神经痛。 PS植入位置不佳(误植),可引起固定系统强度 板下节段钢丝及Luque Rod的脊柱内固定手术。 1983年Denis对412例胸腰椎骨折进行回溯性研究 后,将传统的“二柱理论”发展为“三柱理论”,即脊柱 可分为“前、中、后三柱”,椎弓根为贯通并连接三柱的 一个通道,“中柱”对脊柱的稳定起到关键作用。1988 年Panjabi制作T 2~ 不稳模型,用不同的内固定 物进行固定,在对其稳定性进行研究后,建立现代脊 柱生物力学理论:脊柱的运动不是简单地伸屈和侧 屈,而是三维空间里六个自由度的运动,即Y轴上的 伸、缩、旋转,x轴上的屈、伸、侧移,z轴上的侧屈、前 后移及三轴间的综合运动的过程“J。1995年Panjabi 下降甚或失效以及组织、器官的损伤,导致手术失败, 尤其是在二次手术或解剖变异情况下,发生率更 高∞ ]。经术后CT证实,Castro和Gertzbein报告误 植发生率分别为40%及28.1%。Weinstein报告为 又对椎体不同柱损伤引发的脊柱不稳进行研究,认为 “中柱”损伤后脊柱稳定性破坏最大 J。“中柱”固定 成为脊柱稳定的关键因素。其实早在1948年 Michele就找到了后方人路经椎弓根进入前方椎体的 途径。Roy-Camille经过对椎体进行三维定量分析,获 得了椎弓根的三维定量数据,并首先经椎弓根用PS、 钢板对脊柱进行了内固定。Cotrd Y和Duleousr:,et J 21%。误植已成为影响椎弓根螺钉系统这一先进的 脊柱内固定手术开展的重要原因。 PS植入有3个基本步骤。首先是定位,其次是 进钉的方向(定向),包括矢状位和水平位方向。最后 在进一步研究脊柱的生物力学后,将棍与多种形式的 钩,椎弓根螺钉及横向螺杆相结合,发展了CD系统, 使脊柱矫形固定系统趋于合理,手术创伤减少,临床 效果不断改善,并在世界范围内迅速推广。 以PS为基础的脊柱矫形固定系统不断被研制开 发,用于临床,取得了良好的效果,极大地推动了脊柱 外科的发展。随着临床广泛运用其并发症报道也逐 作者单位:广西柳州市人民医院骨科,545001 作者简介:李兵(1970-).男、四川自贡人、主治医师,医学硬士。研究方 向:脊柱、关节外科 电话:{∽2)2855275 E—II :a @63 net 是对PS植入深度有一定要求。PS不同于一般骨螺 钉,基于椎弓根的解剖特性.植入螺钉必须位于三维 空间中唯一的一个正确通道上。即:按照正确的矢状 面角及水平面角,沿着椎弓根的长轴穿过椎弓根这一 狭小的骨性管道。正是这个唯一性导致了手术的操 作难度。 理想的定位,是成功植入PS的先决条件,理论上 应在手术中找到椎弓根轴心投影到脊柱后柱的对应 点.此点位于横突、上关节突和外侧椎板间。为解决 术中定位。国内外学者进行了大量的解剖学研究,并 维普资讯 http://www.cqvip.com

中国矫形外科杂志2002年1月第9卷第l期oIt}.。p J Chin,Vo1.9,No 1 January 2002 总结临床经验,归纳出以下几种定位方法: 进钉方向,需要考虑以下几个角度。 矢状面角(Sagital Section Angle.SSA),矢状面上 椎弓根轴线与上终板的夹角。在植入PS后,定义PS 与上终板的夹角为椎弓根螺钉矢状面角(PS-SSa,简 称SSa),椎弓根轴线或螺钉尾偏向头侧记为负值,偏 向尾侧记为正值。(图2) 水平面角(Transverse Section Angle,TsA):水平 面上椎弓根轴线与椎体矢状线的夹角。在植入PS 后,定义PS与椎弓根轴线夹角为椎弓根螺钉水平面 角(PS-TSa,简称TSa)。PS尾靠近中线记为正值,远 离中线记为负值。(图2) SSA角和TSA角在不同脊柱节段有一定的差 异,而且同一脊椎节段的不同个体也有差异.椎弓根 高度、厚度又十分有限,所以术前详细了解手术节段 的SSA角及TSA角有非常重要的临床意义。 目前PS植入方法是在定位成功后,用平头钻参 考SSA角、TSA角及患者的体位,钝性推开椎弓根内 的橙质骨达到椎体,然后再植入PS,避免穿破椎弓根 皮质引起术后并发症。由于操作是凭手感进行,所以 植入的PS其可能不会穿破椎弓根骨皮质,但其SSa 角、TSa角会有一定差异。 椎弓根轴线 TS (1)Roy-Camille法:横跨两侧横突的水平连线与连 接上下小关节突的垂直线交点下lmm处(图1)。 (2)Weinstein法:二分两横突的水平线与连接椎 体上关节突的外侧缘与垂直线的交点。(图1) (3)Mager法:上关节突外缘垂线与横突水平线 的交点。 (4)Louis法:水平线上经上关节突关节面下缘上 方lmm,垂直线为如关节间隙呈矢状则经关节间隙最 外缘,如呈额状,则取关节突外113。 国内学者经研究,也总结出了多种有效定位法。 如黄风鸣法,特征性骨嵴综合定位法,Weinstein综合 法及唐天驷法等。 囤1植人椎弓根螺钉的定位点 ●Weimtei.定位点x Roy-camille定位点 —- 螺钉轴线 0。 + 上终扳平行缝 SSA角.SSa角 TSA角、YSa角 囤2 SSA角、SSa角与TSA、TSa角 临床报道SSa角过大,尤其是偏向上终板者,术后 早期固定失败率较高,Youssef通过生物力学试验证 明,PS在SSa角分别为7‘、0‘、一7。时在上终板施加同 等垂直载荷,PS弯矩在SSa角为0时最小,7。时最大, 即SSa角为0时PS系统最稳定,而偏向上终板达到一 定角度可能导致术后的早期固定失败 J。 解剖学研究证实椎弓根厚度远小于高度。厚度决 定PS直径,所以当TSa角越小,其位于椎弓根内的可 靠性越高。 16%,如穿破骨皮质则增加20%~25%的固定力。当 然不能单纯追求稳定而击穿椎体前方,Krag认为PS 占据椎体的80%较为适宜,若能恰好达到椎体前侧骨 皮质而又未穿破为理想状态。因为从PS固定系统稳 定性而言,越深越好,但是过深,甚至打穿前方皮质则 并发症增加,而且,植入深度的增加意味着PS弯矩增 加,易导致早期疲劳和失败。临床实践也表明PS占 据椎体的8O%较为适宜。 由此可见,在手术局限显露下,要准确定位,定向 及确定深度是有相当难度的,虽然随着临床经验积累, PS植入失败率会下降,但在每例至少需4颗螺钉的固 定系统,一颗植入失败则意味着手术失败。 关于PS植入深度,Weisntein研究表明,PS系统 其固定强度的6O%来自椎弓根内,达到椎体松质骨增 加15%~20%,至前方骨皮质,但未穿破时,又增加 维普资讯 http://www.cqvip.com

中国矫形外科杂志2002年1月第9卷第1期Orthop J Chin,Vol 9.No.I January 2002 所以除了进行解剖学研究外,骨科医师还寻求其 它方法,以期能提高术中PS植入的准确性,包括术中 用椎弓根探测器仔细检查椎弓根的内壁及下壁,术中 c臂x线机的使用等。 Weinslein发现放射学有较高的错误判断率。其 研究证明凭借删位x线片(Lateral,L位)判断PS的位 置是不可靠的,甚至再加上后前位(Posteroanterior,PA 位)也如此,他指出,放射学评价PS位置是无意义的。 Odgers 的结论是L位准确率可达90%,可较准 不可直视性,PS植入成为“盲视”手术,再加上椎弓根 本身的解剖特点,使PS植入更加困难。随着现代科 技的发展,立体定向(Stereotaxy)、计算机辅助手术 (Computer—Assisted Surgery)、导航(Navigation)等概 念、技术引入脊柱外科,“盲视”手术成为“直视”手术, PS植入术变的准确、安全,并且操作更加容易。 立体定向概念出白功能性局部解剖学,最早可追 溯到Hippocrate的观察:对侧大脑半球损伤出现此侧 肢体瘫痪。结合解析几何原理,即在确定空间中的任 一一确的判断螺钉与椎弓根矢状位上下界的关系,而PA 位意义较小。事实上,cas∞的研究证实在水平位上 椎弓根内侧皮质被穿破的发生率为29%N40%。 点,均具有唯一的x、Y、z坐标,Talairach制作出 了立体定向架,并成功用于神经外科临床,创立了立体 定向穿刺活检术。Roberts叉于1986年首创将无框立 体定向技术(Frarneless Stereotaxy)用于神经外科手 术后PS深度的确认有一定难度,甚至术后也是 如此,Whltecloud认为借助放射判断是否穿破椎体前 缘皮质并不可靠.由于椎体为圆柱形,当侧位片上螺钉 达到椎体的80%时,钉头可能已经穿破椎体前方皮 质。 术。随着计算机技术、影像诊断技术(CT、MRI、DSA、 MRA、PET)的进步,出现了无框计算机辅助立体定向 神经外科学(Computer-Assisted Frameless Neuro— surgery),对病灶定位的精确性可达(1.6±0.1) mm为了提高放射学判断的准确性,谭军等用钢丝环 扎标本的椎弓根、定位针入骨质处夹止血钳拍前后位 x线片。定位针被标记止血钳分为骨内段和骨外段, 通过判断骨内段中点与钢丝环的关系即可了解定位针 在椎弓根内的位置,此点与钢丝环的最小距离大于4.5 mm可保证螺钉在理想的位置。通过此法可有效地提 高螺钉植入的准确率。 Myles[ 设计了带小球的导针,通过术中L位及 PA位,可较精确的判断Ps与椎弓根的关系。其关键 点是通过导针小球可更有效的引用PA位片判定PS 与椎弓根内外缘关系。 …。 立体定向原则用于脊柱外科的主要困难是确定 “参考框”(Frame of Reference)。Kalfas尝试将神经外 科无框立体定向技术(Fmmeless Stereotaxy)用于脊柱 外科,探索PS植入的新方法,取得成功 J。 Carl将多普勒超声和3D计算机辅助技术与无框 立体定向技术结台,用于PS植入。54枚PS被植入腰 骶椎模型和尸骨标本中,术后解剖显示全部Ps均位 于椎弓根内【l0 J。 1995年Amiot将计算机辅助技术(Computer-A ̄s— slsted Spine Surgery,CASS)用于脊柱外科,进行了实 验室方面探索。Amiot将绵羊和人工椎体模型作为研 究对象,术前进行CT扫描椎体,建立椎体的3D图像, 但是,仍会发生错误判断,而且PA位的判断远非 L位直观。 邹德威在术前常规对病人进行椎弓根CT扫描测 量.获取预植螺钉的椎弓根三维定量的解剖数据,依据 个体化的原则,再结台术中C臂x线机指引,植入 Ps.大大提高了螺钉植入的准确性。但除了临床经验 外,术中仍选用x线机导向,无法避免平片定位、定 向、定深的缺陷。 徐荣范依据低频电流作用下生物组织电阻抗存在 拟定PS植入路线;术中用探测器标记椎弓根,与3D 图像结台,显示在屏幕上,PS植入全程可即时(real— time)监测。术后CT表明:实际和拟定植入路线相比 为(4.5±1.1)mm,方向差为(1 6±1 2)mm【I¨。 Nolte的结论与其相似 。1996年Amiot发表了 CASS运用青少年脊柱侧弯矫形的临床研究报告,认 为此技术可明显提高PS植入的准确性和安全性,而 且对脊柱外科医师的培养也很有价值 。Merloz运 用CASS对52例患脊柱骨折、滑脱、删弯患者进行手 术治疗,并进行对照研究,术后CT显示CASS组PS 显著差异的原理,研制了椎弓根导向仪(PEA),通过动 物及临床试验证实测量电阻抗探查椎弓根,有助于正 确定向及深植椎弓根螺钉。由于电阻值只能点状地探 测,无法判定预植孔与椎弓根及椎体的三维空间关系, 松质骨出血又会影响电阻的测定值,所以在临床和实 践上还需进一步研究。 椎弓根穿破率为8%,而对照组为42%;CASS组PS 植入精度小于1mm_1 151。 外科手术导航系统(Surgical Navigation System) 是CASS的进一步发展,最早仍用于神经外科,因其有 椎弓根是一客观存在的解剖结构,由于手术中的 维普资讯 http://www.cqvip.com

中国矫形外科杂志2002年1月第9卷第1期Orthop J Chin.Vo1.9.No.1 January 2002 高度定位准确性,很快被脊柱外科采用。StealthSta— tlon(Sofamor Danek,Memphis,Tennessee,usA)为最 pedicle 5crew placement with the assistance of lateral plain radiography[J].J Spinal Disord,1996,9:334~8. 新一代脊柱外科手术导航系统,此系统有一个特殊骨 夹(Bone Clamp),上附红外线发光二级管(LEDs).骨 夹可夹在棘突或其它骨性结构.通过三维数字转换器 (Three.Dimensional Digitlser)图象导航系统,可在显示 屏上监测PS植入全过程,随时修正PS定位、定向、定 深,达到最佳手术效果。 Girardi用StshhSteation对62倒患者进行后路 PS植入脊柱固定术,35例共330枚PS通过术后CT [7]Myles RT,Fong B,E es SI,et a1.Radiographic Verifica— tin of pediocle seFew pilot hole placement using Kirshner wires vers beaded wires[J]Spine,1999.24:476~8O [8] Villlaobos H.Germano IM Clinical evaluation of multi— modality in framel ̄s stere ̄taxy[J].Comput Aided Surg 1999.4(1):45~49. [9]KMfas IH.Kormc ̄DW,Murphy MA。et la Application of framel ̄s stereotaxy to pe ̄cM 5crew fixation of the spine 【J].J Neurc ̄urg.1995.83:641~647 检查,无l枚穿破椎弓根内、下侧皮质.平均误差为 0.75ram(0.32~1.72mm) “J。Bolger用StealthSta— [103 Carl AL.KhanujaHS。SachsBL,et al In vitro simala— tion.Early results of stereotaxy for pedical sci-ew placement tion对40倒颈椎滑脱患者手术治疗取得成功,定位精 度达标(0.74±0.4)mm_1 。 综上所述,脊柱外科手术导航系统是目前PS植 入准确、有效的方法,但其缺点为费用昂贵,操作较为 复杂。临床经验在PS植入中仍具有重要作用。 参考文献: [1]Panjabi MM.et a1.Biomechanical evMuation of spinal fixa— tion devices:Stability provided by eight internM fixation de— [J]Spine,1997,22(10>:1 160--4 [11]Amiot LP,LabdleH,DeGuise JA.et al Computr-ea ̄mist— d pediec sc fixation.A feasibiilty study[J]Spine. 1995.20(10):1 208~12 [12]No]te LP,Zamorano LJ Jiang z.et la Image-guided inset— tion of transpedicular scre,, ̄s:a laboratory set-up[J].Soine. 1995.20:497~500. [13]Amiot LP,LahslleH,DeGuise JA.etal Computr easststed pedical screw insaftlafion Our first 3 ca [J].Ann Chit 1996,50(8):626~630 vioes[J]SOine,1988,13:1135--40. [2]Paniabi MM,et la Validity of the three co]man theory of tboraeolumbar fractures A biomeehanic investigation[J] Spine.1995,15。20(10):1 122~7 [14]Merloz P.Tonetti J.Coulomb M.et at.Pedical s口ew placement using image guided techniques[J]Clin Orthop, 1998.354:39--48. [3]Farber GL.Place ttM.M0.gur RA.et al Accuracy of pedicle screw placement in lumbar fusions by plain radiographs and [15]Medoz,P,Tonetti J,Eid A.et 1.a Computer assisted spine surgery[J] Clin Orthop,1997,337:86~96. [16]Girardi FP,Gammisa Jr FP.Sandhu t-IS,et a1 The place— m ̄Ttt of lumbar c screws using eomputeri ̄d stere0tac— omputcdteoraography[J].SOine,1995,20:1 494~9 [4]Pihlaiamaki H,Myllynen P.B ̄tman O.Complications of trampedicular lumbosacral fiatixon for nontraumatic disor— tic guidance[J].J bonejoint,srg(IuBr),1999.81:825--9. [17]BolgerC.Wigfield C,MelkentT.eta1.Framele ̄stereo— ders[J]JB0ne Joint Surgery(IBr),1997.79:183~9. [5] Youssef JA.et 1.Charaacteristics of pedide SCl ̄eW lending [J]spine,1999,24:1 077~81 [6] Odge ̄q4,Vaccam AR,Pollack ME,et al Accuracy of taxy and anterior cervical surgery[J]Comput Aided Surg 1999,4(6):322~327. (收穑:2001.04—14修回:2001-07—31) 下期导读(第2期) 口 人工全膝关节置换术的适应证选择及疗效分析 口口口口人工全膝关节不稳的类型诊断及防治 周围神经损伤的再手术 皮层躯体感觉诱发电位在监测腰神经根损伤中的作用 澳大利亚圣・乔治医院留学印象 

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