丁宇 朱騰月 阮狄克 張靜 徐成 張建軍 朱凱 杜薇 董妍含

脊柱外科

經(jīng)皮內(nèi)鏡輔助椎間融合治療腰椎不穩(wěn)的生物力學(xué)評(píng)價(jià)

丁宇 朱騰月 阮狄克 張靜 徐成 張建軍 朱凱 杜薇 董妍含

目的觀察經(jīng)皮內(nèi)鏡輔助經(jīng)椎間孔腰椎椎體間融合 ( transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF ) ( 改良 TLIF ) 不同內(nèi)固定方式治療腰椎不穩(wěn)癥的生物力學(xué)穩(wěn)定性。方法獲取新鮮小牛脊柱標(biāo)本 6具，制備節(jié)段不穩(wěn)模型，繼而重建脊柱穩(wěn)定性，分別測(cè)定不穩(wěn)節(jié)段在各狀態(tài)下 ( 前屈、后伸、左 / 右側(cè)彎及左 / 右旋轉(zhuǎn) ) 三維運(yùn)動(dòng) ( range of motion，ROM ) 值。生物力學(xué)測(cè)試順序依次為：A 組 ( 完整脊柱 )、B 組 ( 模擬節(jié)段不穩(wěn) )、C 組 ( 模擬內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage 置入 )、D 組 ( 單枚 cage 置入聯(lián)合雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定 )、E 組 ( 單枚 cage 置入聯(lián)合單側(cè)椎弓根釘棒固定 )、F 組 ( 單枚 cage 置入聯(lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒固定 )。結(jié)果與 A 組比較，B 組三維運(yùn)動(dòng) ROM 值均有明顯增加 ( P＜0.05)，C 組后伸時(shí) ROM 值明顯減小 ( P＜0.05)、前屈時(shí) ROM 值明顯增加 ( P＜0.05)，D、E、F 組三維運(yùn)動(dòng) ROM 值均明顯減小 ( P＜0.05)。與 F 組比較，A、B、C 組三維運(yùn)動(dòng) ROM 值均明顯增加 ( P＜0.05)，D 組在前屈及左 / 右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值明顯增加 ( P＜0.05)，其它運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值沒(méi)有明顯改變 ( P＞0.05)，E 組在前屈及右側(cè)彎運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值明顯增加 ( P＜0.05)，其它運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值沒(méi)有明顯改變 ( P＞0.05)。結(jié)論內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 術(shù)式可有效重建失穩(wěn)脊椎的穩(wěn)定性，可用于單節(jié)段不穩(wěn)的治療。單枚斜向 cage 聯(lián)合雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘或單側(cè)椎弓根釘棒固定均可達(dá)到融合所需生物力學(xué)要求，且具有較為理想的力學(xué)性能。

腰椎；脊柱疾?。蛔钚∏秩胄酝饪剖中g(shù)；內(nèi)窺鏡；脊柱融合術(shù)；生物力學(xué)

腰椎椎體間融合術(shù) ( lumbar interbody fusion，LIF ) 是治療腰椎不穩(wěn)癥的傳統(tǒng)術(shù)式，但由于該術(shù)式需對(duì)肌肉等軟組織進(jìn)行廣泛剝離和長(zhǎng)時(shí)間牽拉，導(dǎo)致椎旁肌肉去神經(jīng)化和去血管化，致使術(shù)后慢性腰痛等發(fā)生率明顯增加[1]。經(jīng)椎間孔腰椎椎體間融合術(shù) ( transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF ) 及其微創(chuàng)術(shù)式 ( MIS-TLIF ) 手術(shù)創(chuàng)傷較小，不切除對(duì)側(cè)椎板及小關(guān)節(jié)，融合率有較大提高。但不管是否應(yīng)用微創(chuàng)技術(shù)，TLIF 術(shù)式均需完全切除單側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，以達(dá)到神經(jīng)根減壓，對(duì)節(jié)段穩(wěn)定性及周圍組織仍有較大影響[2-3]。經(jīng)皮脊柱內(nèi)鏡技術(shù)的迅猛發(fā)展，將 TLIF 技術(shù)進(jìn)一步微創(chuàng)化，在較少切除關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的同時(shí)，內(nèi)鏡下一次性完成神經(jīng)根減壓及椎間融合，可有效治療 I 度腰椎滑脫癥 ( 內(nèi)鏡輔助改良TLIF 術(shù)式 )[4]。目前新推出特制自膨脹、嵌入式椎間融合器，設(shè)計(jì)理念是不需要輔以經(jīng)椎弓根內(nèi)固定即可達(dá)到節(jié)段穩(wěn)定性。但此項(xiàng)技術(shù)尚處于臨床起步階段，鮮有與之相關(guān)的脊柱生物力學(xué)研究報(bào)道。針對(duì)這一情況，亟需對(duì)椎間孔鏡視下腰椎椎體間融合穩(wěn)定性重建術(shù)式進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，為臨床內(nèi)鏡輔助改良TLIF 手術(shù)提供最佳融合內(nèi)固定方式的選擇。

材料與方法

一、標(biāo)本采集與保存

本實(shí)驗(yàn)采用 6具定點(diǎn)單位提供的小牛脊柱新鮮標(biāo)本，先行 X 線檢查，除外畸形及器質(zhì)性病變。選取與內(nèi)固定規(guī)格匹配胸腰椎節(jié)段，剔除脂肪、附著肌肉等軟組織，保留韌帶、關(guān)節(jié)囊、椎間盤(pán)及骨性結(jié)構(gòu)的完整。標(biāo)本兩端分別用聚甲酯丙烯酸甲酯包埋，并使測(cè)試節(jié)段標(biāo)本固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上后保持水平，用多層塑料袋包裝，存放于 -80℃ 深低溫冰箱中備用。

二、生物力學(xué)測(cè)試

采用三維純力偶矩載荷系統(tǒng) ( 結(jié)合 858mini-MTS 生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)及原理，自行設(shè)計(jì)加載系統(tǒng) ) 進(jìn)行非破壞性生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)，依序分別進(jìn)行前屈、后伸、左右側(cè)彎及左右旋轉(zhuǎn)加載。每次測(cè)試均施加 2N·m 純力偶矩，并預(yù)加載、卸載 3次，以減少脊柱標(biāo)本黏彈性及蠕變對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，從而得到相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù) ( 圖 1)。于測(cè)試節(jié)段相鄰椎體前正中表面中心，垂直椎體預(yù)先以1mm 克氏針鉆入椎體內(nèi)，把持牢固。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中確保各標(biāo)志克氏針位置固定，無(wú)遮擋、移位或彎曲。分別于中立、加載后通過(guò) SONY A7相機(jī)收集圖像數(shù)據(jù)，MBRuler 軟件測(cè)量克氏針夾角改變，即為目標(biāo)節(jié)段運(yùn)動(dòng)范圍 ( rang of motion，ROM )。預(yù)實(shí)驗(yàn)已證實(shí)加載載荷的安全性，同時(shí)測(cè)試中未設(shè)計(jì)疲勞試驗(yàn)，因此不會(huì)發(fā)生螺釘松動(dòng)。另外，測(cè)試中每隔5min 用 0.9% 生理鹽水噴灑標(biāo)本表面，以防組織脫水變性。

三、實(shí)驗(yàn)分組

圖1 三維純力偶矩載荷系統(tǒng)示意圖及生物力學(xué)測(cè)試 a：加載純力偶矩平臺(tái)框架示意圖；b：通過(guò)平臺(tái)框架施以純力偶矩；c：加載過(guò)程及圖像數(shù)據(jù)采集Fig.1 Schematic diagram and biomechanical test of 3D pure couple force loading system a: Frame diagram of the pure couple force loading system; b: Pure couple force was loaded through the framework; c: Loading process and image data acquisition

每具標(biāo)本均按以下 6組順序進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)測(cè)試：A 組 ( 完整脊柱 )、B 組 ( 模擬節(jié)段不穩(wěn) )、C 組( 模擬內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage 置入 )、D 組( 模擬內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage＋雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定 )、E 組 ( 模擬內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage＋單側(cè)椎弓根釘棒固定 )、F 組 ( 模擬內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage＋雙側(cè)椎弓根釘棒固定 )。

四、節(jié)段失穩(wěn)模型制備與穩(wěn)定性重建

按照實(shí)驗(yàn)方案對(duì)脊柱標(biāo)本進(jìn)行模擬各狀態(tài)處理，包括失穩(wěn)脊椎模型的制備和節(jié)段穩(wěn)定性重建 ( 圖 2)。

切除測(cè)試節(jié)段棘間與棘上韌帶，上下椎板各咬除 1/ 2，切除關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)部分 1/ 2，保留少部分下關(guān)節(jié)突留用置入關(guān)節(jié)突螺釘，繼而切除黃韌帶，牽開(kāi)硬膜囊及神經(jīng)根，經(jīng)椎管至前方摘除椎間盤(pán)，完成節(jié)段失穩(wěn)模型制備。

經(jīng)皮內(nèi)鏡椎間孔鏡技術(shù)結(jié)合 MIS-TLIF 技術(shù)，即內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 技術(shù)使得脊柱手術(shù)更加微創(chuàng)化、可視化，可避免切除關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，最大限度地維持脊柱穩(wěn)定性，能夠在較為理想的環(huán)境下完成椎間孔成形、增生骨質(zhì)磨除、神經(jīng)根減壓、椎管減壓、椎間盤(pán)摘除、終板切削、自體骨或同種異體骨植入、椎間 cage 植入撐開(kāi)等操作。( 1) 內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage 置入：模擬在體內(nèi)鏡視下操作，導(dǎo)絲引導(dǎo)下逐級(jí)磨鉆磨除部分測(cè)試節(jié)段上關(guān)節(jié)突外上側(cè)部，工作套管尖端正位位于棘突連線、側(cè)位抵達(dá)下一椎體后上緣。顯露盤(pán)黃間隙，徹底松解神經(jīng)根周圍組織；稍后退并背推套管、插入導(dǎo)絲并進(jìn)入椎間盤(pán)，導(dǎo)絲引導(dǎo)下逐級(jí)磨鉆旋入椎間盤(pán)，沿套管置入終板處理器，并結(jié)合鏡下刮匙刮出上下軟骨終板，順工作通道由后至前斜向旋入自膨脹、嵌入式臺(tái)灣產(chǎn) PREINT 型椎間融合器，置入椎間隙中部，并予以適度旋轉(zhuǎn)撐開(kāi)，使之與終板下骨緊密貼合，規(guī)格為高度 11mm，長(zhǎng)度 26mm。( 2) 內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage＋雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定：斜向置入椎間 cage 后，自雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)外側(cè)向內(nèi)上攻絲、穿過(guò)殘存下關(guān)節(jié)突，繼而穿入導(dǎo)絲，沿通道自內(nèi)而外擰入 2枚直徑 6.5mm 松質(zhì)骨加壓螺釘。( 3) 內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage＋單側(cè)椎弓根釘棒固定：斜向置入椎間 cage，去除關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘，于操作側(cè)置入山東威高骨科材料有限公司 SINO 腰椎后路椎弓根釘棒器械，椎弓根釘規(guī)格直徑 6.5mm，長(zhǎng)度 50mm，固定棒直徑 5.5mm，長(zhǎng)度45mm。( 4) 內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage＋雙側(cè)椎弓根釘棒固定：在 cage＋單側(cè)椎弓根釘棒固定基礎(chǔ)上，再于對(duì)側(cè)對(duì)稱位置置入椎弓根釘棒固定。

圖2 按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)針對(duì)各狀態(tài)標(biāo)本處理過(guò)程 a：切除部分關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及脊柱后柱連續(xù)性，制備節(jié)段不穩(wěn)模型；b：模擬內(nèi)鏡輔助椎間cage 置入；c：cage 置入側(cè)位 X 線片，可見(jiàn)鉚釘入上下終板；d：cage + 關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定；e：cage + 單側(cè)椎弓根釘棒固定；f～h：cage + 雙側(cè)椎弓根釘棒固定及正側(cè)位 X 線片F(xiàn)ig.2 Experimental process for each specimen according to the anticipated design a: Preparation of segmental instability model by the excision of partial arthritis and posterior spine column continuity; b: Simulation of endoscope assisted intervertebral cage placement; c: Lateral X-ray of single cage placement, which could be seen riveted into the upper and lower end plate; d: Cage + articular joint screw fixation; e: Cage + unilateral pedicle screw rod fixation; f - h: Cage + bilateral pedicle screw rod fixation and X-ray plain film

五、數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)主要是三維脊柱運(yùn)動(dòng)方向的 ROM，對(duì)其中的實(shí)驗(yàn)誤差和粗差進(jìn)行處理，采用SPSS 13.0軟件處理，將全部通過(guò)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向分類方差分析，計(jì)算出 ROM 值并以角位移±s 表示。以自身完整結(jié)構(gòu)的節(jié)段運(yùn)動(dòng)為對(duì)照組，對(duì)其它各組進(jìn)行隨機(jī)化配對(duì)設(shè)計(jì)資料均數(shù)的 t 檢驗(yàn) ( 取 α＝0.05)，觀察 ROM 值變化的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。ROM 值越大，表示較輕的加載力即可產(chǎn)生較大的節(jié)段位移，脊柱穩(wěn)定性越低，反之脊柱穩(wěn)定性越高。

結(jié) 果

以角位移 ROM 值顯著增大作為節(jié)段穩(wěn)定指標(biāo)。施以 2N·m 純力偶矩后，測(cè)試節(jié)段在各狀態(tài)下的前屈 / 后伸、左 / 右側(cè)彎、左 / 右旋轉(zhuǎn) ROM 值 ( 表 1、圖 3)。結(jié)果表明腰椎節(jié)段失穩(wěn)模型制作滿意，與完整脊柱組相比節(jié)段不穩(wěn)組在各種運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值均有明顯增加 ( P＜0.05)。與 A 組 ( 完整脊柱組 ) 比較，節(jié)段不穩(wěn)組 ( B 組 ) 在各方向三維運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值均有明顯增加 ( P＜0.05)，顯示節(jié)段不穩(wěn)模型制作滿意；內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage 置入后 ( C 組 )，后伸運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值明顯減小 ( P＜0.05)，前屈運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值明顯增加 ( P＜0.05)，其它方向運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值改變差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＞0.05)；單枚cage 置入聯(lián)合其它內(nèi)固定后 ( D、E、F 組 )，在各方向三維運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值均有明顯減小，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.05)。與 F 組 ( 內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage＋雙側(cè)椎弓根釘棒固定 ) 比較，完整脊柱組 ( A 組 )、節(jié)段不穩(wěn)組 ( B 組 ) 及椎間單枚 cage 置入組 ( C 組 ) 在各方向三維運(yùn)動(dòng) ROM 值均有明顯增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.05)；椎間單枚 cage＋雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定后 ( D 組 ) 在前屈、左 / 右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值明顯增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義( P＜0.05)，在后伸、左 / 右側(cè)彎運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值沒(méi)有顯著性改變，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＞0.05)；椎間單枚 cage＋單側(cè)椎弓根釘棒固定后 ( E 組 ) 在前屈、右側(cè)彎運(yùn)動(dòng)時(shí) ROM 值明顯增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.05)，在后伸、左側(cè)彎及左 / 右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)ROM 值沒(méi)有顯著性改變，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＞0.05)。

圖3 不同狀態(tài)下測(cè)試節(jié)段各運(yùn)動(dòng)方向 ROM 值比較 [ A 組 ( 完整脊柱 )、B 組 ( 模擬節(jié)段不穩(wěn) )、C 組 ( 模擬內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚cage 置入 )、D 組 ( 模擬內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage + 雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定 )、E 組 ( 模擬內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage +單側(cè)椎弓根釘棒固定 )、F 組 ( 模擬內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage + 雙側(cè)椎弓根釘棒固定 ) ]Fig.3 3D ROM value comparison of the index segments under different conditions [ Group A ( entire spine column ), Group B ( segmental instability ), Group C ( simulating endoscope assisted modified-TLIF with single cage ), Group D ( single cage combining with bilateral facet joint screws ), Group E ( single cage combining with unilateral pedicle screw system ), Group F ( single cage combining with bilateral pedicle screw system ) ]

表1 測(cè)試節(jié)段三維運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ROM 值 ( ± s，n = 6，° )Tab.1 Three-dimensional range of motion at the index segment ( ± s, n = 6, ° )

表1 測(cè)試節(jié)段三維運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ROM 值 ( ± s，n = 6，° )Tab.1 Three-dimensional range of motion at the index segment ( ± s, n = 6, ° )

注：a與 A 組 ( 完整脊柱 ) 比較，ROM 值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.05)；b與 F 組 ( 內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚 cage + 雙側(cè)椎弓根釘棒固定 ) 比較，ROM 值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.05)Notice: aA significant difference of ROM value compared with that in Group A indicating entire spine column ( P < 0.05); bA significant difference of ROM value compared with that in Group F indicating single cage combining with bilateral pedicle screw system ( P < 0.05)

實(shí)驗(yàn)分組 前屈 后伸 左側(cè)彎 右側(cè)彎 左旋轉(zhuǎn) 右旋轉(zhuǎn)A 組 1.14±0.27b 0.38±0.09b 2.64±0.30b 2.71±0.46b 0.20±0.07b 0.26±0.07b B 組 3.38±0.45ab 1.44±0.19ab 4.95±0.59ab 4.78±0.30ab 0.58±0.08ab 0.50±0.09ab C 組 3.15±0.28ab 0.24±0.16ab 2.52±0.37b 3.04±0.51b 0.21±0.07b 0.22±0.06b D 組 0.15±0.02ab 0.17±0.05a 0.70±0.06a 0.67±0.09a 0.17±0.05ab 0.16±0.05ab E 組 0.09±0.03ab 0.13±0.02a 0.75±0.04a 0.52±0.02ab 0.11±0.06a 0.13±0.03a F 組 0.06±0.01a 0.15±0.08a 0.81±0.09ab 0.77±0.06a 0.10±0.04a 0.11±0.07a

討 論

由于腰椎特殊的生理位置及其活動(dòng)的復(fù)雜性，加上承受較重的負(fù)荷，可造成臨床腰椎退行性變發(fā)生率高于其它脊椎，其中腰椎不穩(wěn)癥臨床較為常見(jiàn)，80% 以上腰椎滑脫患者合并下腰痛及腰部活動(dòng)受限、椎管狹窄等疾病，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量[5]。針對(duì)腰椎不穩(wěn)癥保守治療效果難以令人滿意，目前主要依賴手術(shù)以重建局部解剖結(jié)構(gòu)以及神經(jīng)根松解，從而有效改善臨床癥狀、體征，獲得較為長(zhǎng)久的局部節(jié)段的穩(wěn)定性。TLIF 為經(jīng)典脊柱融合術(shù)之一，即經(jīng)椎間孔入路進(jìn)行椎體間融合 ( Wiltse 入路 )，其手術(shù)創(chuàng)傷小，對(duì)側(cè)椎板及小關(guān)節(jié)未切除，融合率有較大提高[6]。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展， MIS-TLIF技術(shù)在手術(shù)技術(shù)、適用指征等方面得到不斷充實(shí)和完善。但在微創(chuàng)脊柱外科領(lǐng)域，TLIF 和 MIS-TLIF的應(yīng)用還存在不小的爭(zhēng)議，有學(xué)者認(rèn)為 MIS-TLIF 仍需切除一側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，手術(shù)過(guò)程沒(méi)有質(zhì)的改變，盲目地追求微創(chuàng)操作只會(huì)限制充分減壓，沒(méi)有實(shí)際意義[7]。近年來(lái)，隨著對(duì)腰椎滑脫病因、病理的生物力學(xué)認(rèn)識(shí)不斷深入以及經(jīng)皮椎間孔鏡治療技術(shù)的迅猛發(fā)展，將傳統(tǒng)開(kāi)放性手術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)鏡化與微創(chuàng)化操作，與開(kāi)放性手術(shù)相比，在治療腰椎退變性疾病方面具有創(chuàng)傷小、不破壞脊柱解剖穩(wěn)定性、術(shù)后恢復(fù)較快等優(yōu)點(diǎn)，可有效應(yīng)用于 I 度腰椎滑脫癥 ( 節(jié)段不穩(wěn) ) 的治療[8-9]。

內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 技術(shù)更具臨床實(shí)用性，該技術(shù)依托較為成熟的椎間孔鏡手術(shù)方式——TESSYS技術(shù)，完成椎間孔區(qū)的神經(jīng)根減壓后，直視下處理軟骨終板，同時(shí)將自膨脹椎間融合器和植骨塊植入椎間隙，由于基本保留了關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及腰椎后方韌帶復(fù)合體的完整，理論上該型 cage 可完成椎間隙撐開(kāi)、固定，真正實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)下神經(jīng)根減壓、椎間融合、滑脫復(fù)位的手術(shù)效果。cage 置入后可自穩(wěn)于上下終板內(nèi)，同時(shí)對(duì)椎間盤(pán)纖維環(huán)及前、后縱韌帶具有撐開(kāi)張力作用，反過(guò)來(lái)進(jìn)一步穩(wěn)定了置入 cage，即所謂“撐開(kāi)－壓縮張力帶”效應(yīng)。但是脊柱外科領(lǐng)域較為一致的看法是，單枚 cage 置入后節(jié)段的穩(wěn)定性尚達(dá)不到融合所需的局部生物力學(xué)要求，在椎間融合術(shù)時(shí)往往需要輔以椎弓根釘棒內(nèi)固定，以確保骨融合及臨床遠(yuǎn)期療效[10]。因此，亟需對(duì)椎間孔鏡視下腰椎椎體間融合穩(wěn)定性重建術(shù)式進(jìn)行生物力學(xué)評(píng)價(jià)，為臨床內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 手術(shù)方式選擇提供依據(jù)。

內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 手術(shù)對(duì)脊柱的整體穩(wěn)定性影響較小，較少切除單側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的同時(shí)，保留了脊柱后方復(fù)合體的解剖結(jié)構(gòu)完整，理論上期望結(jié)合特別設(shè)計(jì)自膨脹、嵌入式椎間融合器達(dá)到重建節(jié)段穩(wěn)定的目的，但實(shí)際生物力學(xué)評(píng)估尚存在“硬傷”。研究結(jié)果顯示內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 椎間單枚cage 置入后，測(cè)試節(jié)段的穩(wěn)定性有一定增加，但在前伸運(yùn)動(dòng)時(shí)穩(wěn)定性差，提示單枚 cage 而不聯(lián)合其它內(nèi)固定重建節(jié)段穩(wěn)定性尚存在不足。單純依靠融合器的界面固定并不能增加椎節(jié)的即刻穩(wěn)定性至正常水平，術(shù)后易發(fā)生內(nèi)置物移位的可能，椎間骨融合率低。因此，針對(duì)腰椎滑脫不穩(wěn)病例，單枚 cage 置入需聯(lián)合應(yīng)用其它輔助內(nèi)固定，以達(dá)到理想的生物力學(xué)穩(wěn)定性。

較多文獻(xiàn)闡明了針對(duì)腰椎節(jié)段不穩(wěn)應(yīng)用椎弓根釘內(nèi)固定系統(tǒng)輔助椎間融合的臨床及生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)，同時(shí) cage 的穩(wěn)定性及解剖學(xué)支架功能亦被證實(shí)[11]。椎間 cage 位于脊柱前柱承重軸，允許負(fù)荷直接通過(guò)椎體，分擔(dān)了 80% 以上的軸向應(yīng)力，不穩(wěn)節(jié)段獲得較為理想的生物力學(xué)結(jié)構(gòu)，有效降低后柱負(fù)擔(dān)載荷，具有良好的抗疲勞性能，從而減少后方輔助內(nèi)固定斷裂松動(dòng)的可能性。生物力學(xué)及臨床研究報(bào)道，應(yīng)用單枚斜向置入 cage 聯(lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒固定，可增加脊柱前、中柱的穩(wěn)定性，提高運(yùn)動(dòng)單位對(duì)剪力、旋轉(zhuǎn)應(yīng)力的對(duì)抗作用，有利于恢復(fù)脊柱正常載荷的生物力學(xué)穩(wěn)定性，可有效維持滑脫復(fù)位及神經(jīng)根減壓效果[12]。本研究中應(yīng)用單枚 cage 聯(lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒內(nèi)固定可明顯增加滑脫節(jié)段的生物力學(xué)穩(wěn)定性，這與既往研究結(jié)果是一致的，內(nèi)固定后明顯增加脊柱前中后柱承擔(dān)載荷的能力，形成堅(jiān)強(qiáng)的“矩形”結(jié)構(gòu)，保證了融合效果，但其遠(yuǎn)期對(duì)鄰近節(jié)段的影響亦不可忽視。

MIS-TLIF 術(shù)式應(yīng)采用單側(cè)還是雙側(cè)釘棒固定一直存有爭(zhēng)議[13]。臨床上對(duì)伴有單側(cè)下肢癥狀的腰椎間盤(pán)突出癥、腰椎管狹窄癥實(shí)施 MIS-TLIF 時(shí)，應(yīng)用單側(cè)椎弓根釘棒固定具有較理想的生物力學(xué)穩(wěn)定性及臨床療效；但是，針對(duì)腰椎滑節(jié)段不穩(wěn)病例，應(yīng)用單側(cè)釘棒固定輔助椎間融合的生物力學(xué)性能尚不能肯定，可能會(huì)引起對(duì)側(cè)小關(guān)節(jié)紊亂及炎性疼痛。本研究證實(shí)，內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 術(shù)式中應(yīng)用單側(cè)椎弓根釘棒輔助固定可有效重建不穩(wěn)節(jié)段的穩(wěn)定性，這可能與更為精細(xì)的手術(shù)操作、較小的手術(shù)創(chuàng)傷相關(guān)。相對(duì)于 TLIF 及 MIS-TLIF，內(nèi)鏡輔助改良 TLIF很好地保留了雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性，同時(shí)后方韌帶復(fù)合體結(jié)構(gòu)及后縱韌帶的保留亦起到了積極的穩(wěn)定作用，使得單枚 cage 聯(lián)合單側(cè)釘棒固定節(jié)段穩(wěn)定性得以保證。

椎間單枚 cage 聯(lián)合雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定后，測(cè)試節(jié)段的整體生物力學(xué)穩(wěn)定性低于雙側(cè)釘棒固定組，但明顯優(yōu)于正常水平。相對(duì)于經(jīng)椎弓根內(nèi)固定系統(tǒng)，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘無(wú)法比擬脊柱前、中、后柱的堅(jiān)強(qiáng)固定，但由于前柱的有力支撐，使得關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘起到了超出預(yù)期的穩(wěn)定作用。這可能與多種因素有關(guān)：( 1) 改良 TLIF 很好地保留了后方韌帶復(fù)合體及后縱韌帶，最大限度地維持了腱性組織的穩(wěn)定功能；( 2) 避免切除關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，最大限度地維持了骨性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；( 3) 特制自膨脹、嵌入式椎間融合器的設(shè)計(jì)，使得 cage－終板下骨界面結(jié)合更為緊密、牢靠。另一方面，雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定節(jié)段穩(wěn)定性明顯大于完整脊柱組，但對(duì)比雙側(cè)椎弓根釘棒固定組剛度有所降低，一定程度上可較少椎間融合界面應(yīng)力遮擋。腰椎融合術(shù)后致鄰近節(jié)段退變性疾病是影響患者遠(yuǎn)期療效的主要因素，堅(jiān)強(qiáng)固定與術(shù)中脊柱結(jié)構(gòu)的損傷程度是加速鄰近節(jié)段退變的兩個(gè)重要原因[14]。相比椎弓根螺釘固定，從理論上講，雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定剛度適中，在保證脊柱穩(wěn)定性的同時(shí)能夠減少堅(jiān)強(qiáng)固定術(shù)后加速相鄰節(jié)段退變的潛在危險(xiǎn)，因此 cage 聯(lián)合雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定的改良 TLIF 術(shù)式更理想的生物力學(xué)性能。

總之，內(nèi)鏡輔助改良 TLIF 術(shù)式可有效重建失穩(wěn)脊椎的穩(wěn)定性，鑒于盡可能多地保留了脊柱正常組織結(jié)構(gòu)，對(duì)椎間融合所依托輔助內(nèi)固定系統(tǒng)的剛度需求有所下降，單枚斜向 cage 聯(lián)合雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘或單側(cè)椎弓根釘棒固定均可達(dá)到融合所需生物力學(xué)穩(wěn)定性，且具有較為理想的力學(xué)性能。但是，內(nèi)鏡視下椎管、神經(jīng)根管的減壓主要針對(duì)致壓靶點(diǎn)部位進(jìn)行，相對(duì)于開(kāi)放手術(shù)對(duì)整個(gè)脊柱節(jié)段解剖結(jié)構(gòu)的觀察及重建仍顯不足，因此建議內(nèi)鏡輔助改良TLIF 手術(shù)主要應(yīng)用于治療單節(jié)段不穩(wěn)及 I 度滑脫的病例。另外，本研究主要針對(duì)退行性滑脫病例，臨床上對(duì)峽部裂所致“真性”滑脫，使用改良 TLIF 可能難以達(dá)到理想療效，建議慎用。由于小牛脊柱結(jié)構(gòu)與人類脊椎相比有一定差別，同時(shí)離體即刻生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)尚不能完全模擬生理狀態(tài)，與真正的長(zhǎng)期臨床結(jié)果亦會(huì)有一定的偏倚，對(duì)不同融合內(nèi)固定方式在生物活體上的應(yīng)用及生物學(xué)性能情況，有待進(jìn)一步研究。

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Biomechanical evaluation of percutanous transforaminal endoscopic lumbar interbody fusion with different fixation methods in the treatment of lumbar instability

DING Yu, ZHU Teng-Yue, RUAN Di-ke, ZHANG Jing, XU Cheng, ZHANG Jian-jun, ZHU Kai, DU Wei, DONG Yan-han.
Department of Rehabilitation Medicine and Pain Center,PLA Navy General Hospital, Beijing, 100048, China

ObjectiveTo observe the biomechanical stability of percutanous transforaminal endoscopic lumbar interbody fusion ( modified-TLIF ) with different fixation methods in the treatment of lumbar instability.MethodsSix fresh calf spine columns were harvested in the study. Segment instability model was prepared, and then different fixation methods with modified-TLIF were performed to rebuild the spinal stability. Spine specimens were loaded at flexion, extension, lateral bending and axial rotation states. Values of three-dimensional movement range of motion ( ROM ) were measured separately. Biomechanical test sequence: Group A ( entire spine column ), Group B( segmental instability ), Group C ( simulating endoscopy assisted modified-TLIF with single cage ), Group D( single cage combining with bilateral facet joint screws ), Group E ( single cage combining with unilateral pedicle screw system ), Group F ( single cage combining with bilateral pedicle screw system ).ResultsCompared with Group A:Group B presented significantly increased 3-d movement ROM values ( P < 0.05); Group C presented significantly decreased ROM value with extension ( P < 0.05), and significantly increased ROM value with flexion ( P < 0.05);Group D / E / F presented significantly decreased ROM values at the six 3-d movement states ( P < 0.05). Compared with Group F: Group A / B / C presented significantly increased ROM values at the six 3-d movement states ( P < 0.05);Group D presented significantly increased ROM values at flexion and axial rotation states ( P < 0.05), while no other changes were observed in other motions ( P > 0.05); Group E presented significantly increased ROM values at flexion and right lateral bending ( P < 0.05), while no other changes were observed in other motions ( P > 0.05).ConclusionsEndoscopy assisted Modified-TLIF can effectively rebuild the stability of spinal segments, and can be applied in the treatment of single segmental instability. Single oblique cage combining with bilateral facet joint screws or unilateral pedicle screw system can both meet biomechanical requirements with ideal mechanical properties.

Lumbar vertebrae; Spinal diseases; Minimally invasive surgical procedures; Endoscopes;Spinal fusion; Biomechanics

RUAN Di-ke, Email: ruandikengh@163.com

10.3969/j.issn.2095-252X.2017.10.002

R681.5, R616.5

北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)資助課題 ( Z131107002213058)

100048 北京，海軍總醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科 ( 丁宇、朱騰月、張靜、張建軍、朱凱、杜薇、董妍含 )，骨科 ( 阮狄克、徐成 )

阮狄克，Email: ruandikengh@163.com

2017-01-13)

( 本文編輯：王萌 )