下颈椎后路椎弓根螺钉置钉方法的研究进展

本文原载于《中华骨科杂志》2017年第10期

随着颈椎外科技术的进步以及对颈椎局部解剖学研究的不断深入，颈椎后路置钉技术得到快速的发展。目前颈椎后路置钉方法众多，常见的有侧块螺钉、椎弓根螺钉、椎板及棘突螺钉。相对比于各种置钉方法，颈椎后路椎弓根螺钉固定系统三维固定效果更为可靠，早在1997年Jones等^[1]的椎弓根生物力学的研究证实了颈椎后路椎弓根螺钉更加稳定、牢固，且得到许多国内外骨科学者的认同。之后的许多相关研究均旨在提高颈椎椎弓根螺钉植入的准确性，对椎弓根置钉技术的解剖学、生物力学及临床应用效果的相关研究也逐渐增多^{[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13]}。

当前，依据操作手段不同，置钉方式总体上分为两类：导航下置钉和徒手置钉。数字化导航技术的出现，改变传统的置钉方式的习惯，使复杂部位的置钉成为可能^{[14,15,16,17]}。国内学者根据导航原理设计出了不同的导板辅助置钉装置^{[18,19,20,21]}。但众多置钉方法中，哪种方法置钉准确率高，哪种方法更容易掌握成为目前临床医生关注的重点。

因此，我们以'下颈椎' 、'颈椎' 、'椎弓根螺钉' 、'解剖' 、'生物力学' 、'置钉'为中文关键词在万方、CNKI中文数据库进行检索，并以'lower cervical spine' 、'cervical spine' 、'pedicle screw' 、'anatomic' 、'screw fixation'为英文关键词在PubMed、Web of Science、Cochrane Library数据库进行检索，重点筛选从1990年1月至2016年1月近16年的相关文献。共检索到文献1 317篇，其中中文文献451篇、英文文献866篇。制定文献的纳入标准：①医学证据水平等级较高；②研究方法可靠，质量较高；③研究内容为颈椎椎弓根螺钉置钉方法的解剖、生物力学研究。排除标准：①证据水平等级较低；②存在研究设计缺陷，数据不完整，质量差；③无法获得全文的文献；④重复发表的文献或阶段性报告。依据上述排除标准，最终纳入文献32篇，包括中文文献9篇和英文文献23篇（图1）。本文就目前下颈椎后路椎弓根置钉技术的研究进展作一综述，分析不同置钉方法的区别及临床效果。

图1

文献筛选流程图，依纳入及排除标准最终纳入文献32篇，其中中文文献9篇，英文文献23篇

一、下颈椎椎弓根的解剖特点及置钉技术

（一）下颈椎椎弓根及其相邻结构的解剖特点

下颈椎包括C₃~C₇，其间以椎间盘、钩椎关节、关节突关节、周围韧带及其他后柱结构相连接。椎弓根周围结构复杂多变，且伴有重要的血管、神经走行，常被医生视作手术的高危区域^[2,3]。颈椎椎弓根前部与椎体相连，后部与侧块相连，腹前外侧为横突孔，形成一个两头粗、中间细的'腰鼓样'类圆柱体样结构。椎弓根内邻颈脊髓，外邻椎动静脉，上下方有神经根走行，椎弓根的上缘离上位神经根更近，神经根多位于神经根孔的中、上1/3处，因此应注意在置钉过程中突破椎弓根内侧壁、外侧壁、下壁时分别易伤及颈脊髓、椎动脉及神经根^[4]。

Karaikovic等^[5]应用CT扫描对椎体前5~10 mm的区域内的组织结构进行观察，发现椎体前皮质5 mm内的大部分为椎前肌肉组织。在C₂、C₅和C₆节段椎体前5 mm区域内有咽和食管走行，6~10 mm区域内大多为中空器官，C₂前有一区域内无重要结构。Ugur等^[6]对20例颈椎标本中椎弓根的邻近结构进行观察，其中16例的椎弓根与上方神经根及内侧硬膜囊之间几乎无空隙，4例中有少量空隙，而椎弓根与下方神经根间的距离为1.0~2.5 mm。

（二）下颈椎椎弓根的测量

Ebraheim等^[7]对测量50例下颈椎干骨标本解剖学研究中发现，男性除C₃外的椎弓根宽度平均值为（6.2±0.7）mm，且由上向下逐渐增大；在矢状面上椎弓根轴线与侧块后面的夹角变异度较大，测量值范围为53°~94°，每个节段变异度为4.3°~9.8°。Ugur等^[6]测量颈椎弓根的直径为6.0~7.5 mm，其轴线与椎体矢状面成角1°~8.6°，同椎体水平面成角37°~45°，椎弓根的内上侧皮质骨较外下侧厚。谭明生等^[8]测量椎弓根横截面为类椭圆形，轴线长度28~32 mm，高度6.28~7.12 mm，宽度4.85~6.11 mm；6.67%的椎弓根宽度<4 mm，宽度<4 mm的椎弓根中C₃为15.48%，C₄为4.76%，C₅为8.33%，C₆为2.38%，C₇为2.38%。

Liu等^[9]对C_3~5的椎弓根进行测量：①椎弓根长度，C₃左侧（7.50±0.10）mm、右侧（7.50±0.09）mm，C₄左侧（7.99±0.06）mm、右侧（8.05±0.05）mm，C₅左侧（7.85±0.09）mm、右侧（7.84±0.08）mm；②椎弓根宽度，C₃左侧（5.78±0.07）mm、右侧（5.75±0.05）mm，C₄左侧为（5.82±0.05）mm、右侧（5.82±0.06）mm，C₅左侧（5.70±0.05）mm、右侧（5.78±0.03）mm；③进钉方向上，C₃横向角95.10°±3.96°、纵向角71.25°±4.54°，C₄横向角76.15°±5.11°。Li等^[10]测量C₆椎弓根高度（7.48±0.81）mm、宽度（6.12±0.78）mm，C₇椎弓根高度为（8.03±0.38）mm、宽度（6.85±0.73）mm。

在C₆、C₇置钉时，根据椎体的峡部后侧面与峡部后外侧面是否会出现成角将其横向角分为两类：当两者在同一平面时（E1）取横向角59.71°±1.10°，纵向角75.86°±1.12°；当两者有成角时（E2）取横向角89.61°±1.24°，纵向角75.86°±1.12°；C₆与C₇的钉道全长为（30.83±0.91）mm。

C_3~7椎弓根的高度、宽度、轴线长度、椎弓根与椎体后缘形成的角度在矢状面上的投影以及椎弓根在水平面与正中矢状面形成的投影，共五个指标对置钉操作都很重要，但作用却不尽相同，如宽度是决定能否置钉的关键，而高度及轴线长度在实际应用中的作用相对较小。这是因为每个节段的椎弓根螺钉实际长度只要通过'力核' （生物力学中指椎弓根与椎体连接部分）这一结构，即可达到安全、有效。后两个指标体现的是椎弓根轴线的纵向角及横向角，在实际应用中由于选定的方法及选定的坐标系不同，其重要性就会出现'折扣' ，甚至无关紧要。

但上述研究的大多数数据都是通过对干骨标本测量得出的，没有限定年龄及性别，因此数据的离散度较大。

（三）下颈椎椎弓根螺钉的置钉技术

下颈椎后路椎弓根螺钉置钉方法主要有徒手置钉法、计算机辅助及导航置钉法。导航下置钉的准确率早期仅约80%，这是由于手术中颈椎是悬空的，一次导航置钉过程对颈椎的扰动会影响下一个颈椎置钉的准确率，要想避免这种干扰，就要反复导航，这样手术时间会明显延长，加之导航设备较为昂贵，需配套无遮挡的手术床，基层医院很难普及，因此本综述中仅对徒手置钉法进行总结。

徒手方法中具有代表性的是由Abumi于1994年首次提出的方法，进钉点为上位椎体下关节突下缘略下方、侧块外缘内侧5 mm处；以螺钉轴线与椎体矢状面成25°~45°的方向进钉；在C₅~C₇螺钉与上终板平行，在C₄略向头侧倾斜，C₃较C₄倾斜角更大；进钉深度在C₃、C₄为20 mm，在C₅~C₇分别为22 mm、24 mm、28 mm（图2）^[11]。

图2

Abumi下颈椎椎弓根螺钉置钉方法示意图，进钉点为椎体的上关节突下缘水平线与侧块背面中垂线偏外的交点，以螺钉轴线与椎体矢状面成30°~40°方向进钉，用磨钻在进钉点破除骨皮质，于直视下探查椎弓根四壁，并辅助螺钉准确置入　A　矢状面进钉点　B　横断面的进钉点及进钉角度

谭明生等^[8]的管道疏通法，即将进钉区域选择在椎弓根长轴与侧块背面皮质骨的交点和椎弓根内缘起点在矢状面上的延长线同侧块背面皮质骨的交点之间；利用克氏针在'C'型臂X线透视下定位，通过自制方向定位器帮助导向，按照术前测量的矢状面及水平面夹角为依据置钉。

管道疏通法与Abumi法类似，均属于探查法的一种。探查法是以椎弓根与椎体交界处为顶点，椎弓根在侧块的投影处为底的'圆锥样'的挖穴术式，以此通过椎弓根置钉的危险处。两种方法所不同的是应用'挖穴'的工具不一样，Abumi法一般选用磨钻，管道疏通法则用刮匙，后者要求椎弓根必须得有'芯' 。两者的另外一个共同之处是进顶点、进钉角度都有一个大致的范围和方向即可，在实际应用中只需要通过'挖穴'的方式，探查着前进，而支撑着这种方法的生物力学依据是只要不破坏'力核' ，就不影响椎弓根置钉的强度。因此，置钉后角度可能不在椎弓根的轴线上，加之置钉后钉道平行椎体上终板，钉道在矢状面和水平面的剖面上近似于通过椎弓根的对角线，这种置钉的优点是术后侧位像上比较一致，美观，缺点为置钉过程中一直需要X线引导，均需要长时间暴露于射线下。此外，置钉过程也是'挖穴'探查的过程，置钉较准确，不需要太多的经验及'手感' ，而且力量不必太大，缺点为挖出的骨质较多，手术时间长。

Jeanneret等^[12]提出另一种下颈椎椎弓根置钉方法，其研究中发现螺钉大多是从外侧皮质穿出，考虑内倾角度大要比角度小安全，术前可以根据CT扫描测量的结果决定内倾角度，并认为内倾45°较安全；也可以将去除小部分椎板，显露出椎弓根的内、上缘，辅助螺钉的置入（图3）。螺钉长度C₃、C₄≤26 mm，C₅≤28 mm，C₆30 mm，C₇32 mm。

图3

Jeanneret颈椎椎弓根置钉方法示意，术前可根据CT扫描测量的结果来决定内倾角度，置钉过程中可去除小部分椎板，显露出椎弓根的内、上缘，辅助螺钉的置入　A　进钉点为上关节突后缘下3 mm处与侧块背面的中垂线的交点　B　进钉方向为螺钉全部内倾45°　C　矢状面上，螺钉需进入椎体的上1/3部分

Miller等^[13]在后方徒手椎弓根植入及其设计的椎板减压椎弓根探查法进行对比（图4），该法通过减除部分椎板，来探查椎弓根'上缘'或'下缘'或'上下缘' ，这也是探查法的另外一种形式。要求在直视下置钉，其准确性相对较高，减少了射线暴露时间，但多根椎弓根螺钉置钉时，正常解剖结构破坏较多，出血多，势必会增加手术时间及手术风险，且易伤及脊髓、神经根，重要的是术中无法探及置钉最易穿透的椎弓根外侧壁。

图4

Miller椎弓根探查法示意图　A　直视下通过减除部分椎板探查椎弓根上缘、下缘或上下缘　B　干骨标本下，破除部分椎板后直视椎弓根进行置钉

Liu等^[9]提出局部解剖定位法（图5），并引入'峡部'这一概念，即上关节突下缘以下、下关节突上缘以上、上关节突内外缘之间所围成的侧块的部分，并将'峡部'内外缘分成3等份，将过'峡部'中外1/3的垂线和横突根部中点的水平线的交点作为进钉点^[14]。在C₆、C₇置钉时则将过'峡部'后侧与后外侧交界处的垂线和横突根部中点处的水平线的交点视为进钉点，根据与峡部后外侧所成角60°或90°的不同情况，进钉方向与峡部后侧矢状面成75.86°±1.12°，选用直径3.5 mm，长度24 mm的螺钉^[10]。该法优点在于准确率高，应用广泛，可适用于颈椎创伤、退变、炎症、肿瘤等疾病，不仅可缩短手术时间，避免术中长时间透视，而且其与胸腰椎的椎弓根置钉相似，学习周期短。Merloz^[15]、Schwarzenbach^[16]和Laine^[17]等利用计算机辅助技术来监测椎弓根螺钉位置的原理是相同的，在术前通过行CT扫描及三维重建来确定安全的进钉位置和进钉方向，选用合适大小的螺钉和带有发光二极管的钻头置钉，测得其精确度可达1 mm，准确性为92%，但此方法价格昂贵，术中一旦出现系统故障，会给手术带来巨大阻碍，国内未能普及。且术中颈椎处于悬空状态，若出现体位变化，需重新定位，致使手术时间较长^{[18,19,20,21,22]}。

图5

Liu等的下颈椎椎弓根螺钉置钉方法示意图，取过'峡部'中外1/3的垂线与横突根部中点的水平线相交，交点为螺钉的进钉点；椎弓根中轴线在矢状面上与峡部后侧面形成纵向角（A）；椎弓根的中轴线在水平面上与峡部的后外侧面形成横向角（B），用开路椎在进钉点处破除骨皮质，直视下用开路探子沿椎弓根中轴线的方向钻入至椎体松质骨，进钉过程中要保持'手感' ，匀速前进，可用探子小心探查椎弓根四壁

二、下颈椎椎弓根螺钉固定方法的临床应用

椎弓根外为皮质骨，内含少量松质骨，这种结构对螺钉的把持力较强。Johnston等^[23,24,25]关于颈椎后路各种置钉技术的生物力学实验研究发现，相对于侧块螺钉、椎板钩等，椎弓根的抗拔出力明显更强。Hostin等^[26]在新鲜标本上分别比较Magerl法置钉（382 N）、Roy-Camille法（351 N）置钉，后与椎弓根内置钉法（566 N），椎弓根内固定的抗拔出力明显强于前两者。Jones等^[1]对56例骨标本测定，椎弓根钉抗拔出力为677 N，明显强于侧块钉355 N。Kotani等^[27]报告颈椎三柱损伤者椎弓根螺钉固定的效果相对更牢靠，尤其在多节段固定时，椎弓根螺钉的抗旋转力和伸展力的作用更加明显。

颈椎椎弓根螺钉技术的临床适应症较为广泛，对由于创伤导致的颈椎骨折，神经功能受损的患者，椎弓根螺钉提供了牢靠的三柱稳定性和后方固定，加之椎弓根螺钉在术中有较好的提拉、复位、矫形作用，使得颈椎节段得以恢复稳定，椎体高度和生理曲度恢复正常，并且通过术中充分的减压，术后神经功能得到明显改善^[28]。应用于颈部良恶性肿物、颈椎畸形、炎症等疾病导致的颈椎不稳时，强有力的椎弓根螺钉不仅可以更好的恢复脊柱稳定性，术中还可以根据肿瘤或炎症病灶的大小、范围以及侵犯程度，选择适合的节段及数量进行置钉，并能够充分减压、清理病灶^[28]。应用于颈椎管狭窄等退变性疾病时，可以一定程度的矫正颈椎后凸，提高植骨融合率，降低术后患者复发率。

相对禁忌证包括：①合并有严重骨质疏松症者；②颈椎椎弓根破损或被肿瘤侵蚀导致无法安全置钉者；③椎弓根存在先天畸形、解剖变异、椎动脉孔畸形者；④颈椎后部结构的感染者。椎弓根内侧为脊髓，外邻椎动脉，上下均有神经根走形，所以脊髓、神经和血管的损伤是此类手术主要的并发症。Abumi等^[29]对180例应用颈椎椎弓根置钉技术的患者随访，对其中669枚椎弓根螺钉行影像学测量，结果穿破椎弓根的螺钉45枚，损伤椎动脉1例，引起神经症状的螺钉2枚。Nakashima等^[30]报告84例行椎弓根螺钉手术置钉总数390枚，其中76枚误置（19.5%），引起损伤神经根3例，损伤椎动脉2例）。Yoshihara等^[31]对662例颈椎病患者共计2 668枚椎弓根螺钉进行检测，损伤椎动脉0.61%，损伤神经根0.31%。经统计，临床研究中徒手置入椎弓根钉的准确率在59.7%~93.3%^[32]。

三、下颈椎椎弓根螺钉置钉存在的问题及展望

下颈椎椎弓根由于变异大，毗邻重要的神经、血管，一直是手术的禁区，上世纪九十年代后，由于解剖的深入研究与专科医生临床经验的大幅度提升，已经越来越多的在临床应用，但目前存在的问题是：①应用解剖学研究基于干骨标本，没有年龄及性别的约束，数据离散度较大，降低了其临床指导意义，这方面还有很多工作要做；②要研究一种简便、实用，不借助复杂的科学仪器和设备，不需要医生太多经验就能够达到个性化要求的置钉方式，以期可提高准确率，降低螺钉误置率。

目前我们采用的方法是：①术者要掌握下颈椎椎弓根的相关解剖学知识及局部解剖定位法；②术前三维CT扫描剔除不适合置钉的椎弓根，并给出可以置钉的椎弓根的个性化数据；③术中丰富的临床经验和'手感'也很重要。

因年龄问题，儿童不宜行下颈椎椎弓根置钉；成年女性较男性椎弓根细，置钉难度大，要予以高度重视。随着现代数字影像技术在临床的普及，置钉方法和数字影像技术的结合使某一置钉方法通过编程可在术前得到基于置钉方法的的影像数据，达到个体化置钉，这可能是未来的发展趋势。

“参考文献略”