几种微创经椎间孔椎间融合手术的生物力学比较

【摘要】 目的： 探讨经椎间孔减压，椎体间融合术（TLIF）微创内固定方法的选择。方法：人新鲜尸体脊椎标本6具，模拟微创TLIF手术,并采用不同的内固定组合方式分为4组：（B组，双侧钉棒组；C组，同侧单钉棒组；D组，对侧单钉棒组，E组，同侧单钉棒加对侧经关节螺钉组），在生物力学试验机上测量各工况下的ROM值，进行比较。结果： ①以完整的腰椎运动单元为参照，各固定组的ROM值均小于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。②各固定组合间的比较：其中双钉棒组在各工况下ROM值最低，与C、D组比较差异有统计学意义（P<0.05）。与E组比较，前屈，后伸，左右侧屈等组建差异无统计学意义，左右旋转组间差异有统计学意义（P<0.05）。③单钉棒组组间比较，ROM值在右侧屈工况下差异有统计学意义(P<0.05），其余工况下组间差异无统计学意义（P>0.05）。结论：不同TLIF后路辅助固定方式均可有效增加腰椎功能单位的稳定性，其中双钉棒优于同侧单钉棒＋关节螺钉组，优于同侧单钉棒组，优于对侧单钉棒组，临床医生可以根据患者及手术实际情况作出选择。广州军区总医院骨科王建华

关键词 微创经椎间孔椎间融合术    内固定  生物力学

A biomechanic study on several internal fixiation method following minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion////Wang ,jianhua , Shanchen,Wang ,Xia Hong ,Yin Qingshui, orthopaedic department of the general military hospital of PLA, GuangZhou ,GuangDong, 510010.

[Abstract] Objective:Investigate the chooseing for different internal fixation method in the minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion.Method 6 fresh frozen human lumbar cadaveric specimens were conducted TLIF and fixed with different internal fixation method. Which include 4 groups(group B :double pedicle and rod; group C: single pedicle screw in the same side ; group D: single pedicle screw and rod in the opposite side; group E : single pedicle screw plus with transfaect screw in the opposite side). Then the ROM for the lumbar function unit were tested in the biomechnical machine .Result:Compared with the compact function unit, the ROM in all fixation group are lower clearly, the difference show static singnificance.（P<0.05）。② the ROM of group B in all working state  is lower than any other  goup compared with gourp C and group D ,(P<0.05）。but compared with group E, the difference show no static significance (P>0.05） in antibending ,extension, left and right side bending working states, and shoe clearly static significance in let and right side roatation state（P<0.05）。③the ROM show  static significance(P<0.05） in right side bending state and show no static significance in any other working states(P>0.05）. Conclusion: Different fixation method all could add the biomechanic stability for minimally invasive TLIF, and the group B>group E>group C>group D.

[Key word]  transforaminal lumbar interbody fusion   biomechanical  internal fixation

腰椎失稳，腰椎滑脱等腰椎退行性疾病常常需要实施腰椎融合手术，目前常用的后路融合技术包括经椎板减压后路融合手术(PLIF)和经椎间孔减压，椎体间融合手术（TLIF）等。后者可以借助微创手术通道，在手术显微镜或内窥镜下完成，称为微创腰椎减压融合术。本研究将通过生物力学的方法比较几种常用微创固定方式的差异，为临床医生的选择合理的固定方法提供参考。

   1材料与方法

1．1实验材料：新鲜尸体标本6具，（取自急性脑死亡的个体，男4，女2，由南方医科大学解剖教研室提供）。实验时先将标本自然解冻48小时后，剔除周围附着肌肉，保留软骨和韧带，然后将标本两端分别以多聚树脂浇铸包埋后备用。

椎弓根螺钉、棒及关节突螺钉，融合器等材料由威高生物材料有限公司提供。

1．2实验方法：如图1所示，首先将标本固定于三维脊柱运动试验机上，对受试节段在前屈、后伸、左右侧弯和左右轴向旋转方向施加50N/m纯力偶矩，测量功能节段的ROM值，每次测试重复25次加载/卸载循环，在最后5次循环时进行运动学测量，以减少标本粘弹性作用的影响。测试过程中用0.9%氯化钠盐水保持标本湿润。测量的数据输入电脑，经过软件计算，得出各功能单位的腰椎刚度和ROM值作为施术前的标准对照组（A组）。

将标本取下，如图2所示，将一侧的上下小关节凿除，切除椎间盘后，斜向置入单枚融合器，建立TLIF手术模型。每组标本分别采用4种不同的内固定组合，并进行生物力学测试，（B组：双侧椎弓根钉棒固定组；C组：同侧椎弓根钉棒组；D组：对侧椎弓根钉棒组；E组：同侧椎弓根钉棒＋对侧经关节螺钉组）

2统计学处理：将所有测试数据输入电脑，运用SPSS10.0统计软件方法分别测出各参数的平均值、标准差，并采用方差分析的方法进行统计学检验。

3结果：

各内固定组合方式在不同工况下，腰椎运动单元的ROM值分别如表1所示。以完整的腰椎运动单元为参照，各固定组的ROM值均小于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。而各固定组合间的比较：其中双钉棒组在各工况下ROM值最低，与C,D组比较，差异有统计学意义（P<0.05）。但与E组比较，前屈，后伸，左右侧屈等组建差异无统计学意义，左右旋转组间差异有统计学意义（P<0.05））。单钉棒组组间比较，除右侧屈工况下组建差异有统计学意义外(P<0.05），其余工况下组间差异无统计学意义（P>0.05）。 

 

 

 

 

 

 

 

 双棒组              同侧单棒组          对侧单棒组        单棒＋经关节螺钉组

 图1 腰椎标本模拟TLIF手术并建立内固定模型

figure 1 different fixation method in the TLIF operation

 

 

 

 

 

表1：各固定组和下 L4-5 节段屈伸、侧屈、旋转 ROM 值 (X± S，N=6 ) 

table 1: ROM in different working states:  anterior and posterior :bending ,lateral bending and rotating. (X± S，N=6 )      

固定组别	完整标本组 A	双侧钉棒组 B	同侧单钉棒组 C	对侧单钉棒组 D	单钉棒＋经关节螺钉组 D
前屈	4.17 ±1.22	0.82 ±0.29	1.98 ±0.58	2.36 ±0.87	1.00 ±0.52
后伸	3.33 ±0.98	0.65 ±0.23	1.30 ±0.36	1.57 ±0.35	0.80 ±0.41
左侧屈	4.22 ±1.40	0.98 ±0.31	1.93 ±0.55	2.81 ±0.37	1.33 ±0.79
右侧屈	3.90 ±1.25	0.61 ±0.21	1.14 ±0.18	1.87 ±0.40	0.74 ±0.29
左旋转	1.85 ±0.27	0.70 ±0.23	1.41 ±0.24	1.57 ±0.56	0.81 ±0.38
右旋转	2.75 ±0.46	1.00 ±0.33	1.60 ±0.23	1.76 ±0.76	0.89 ±0.56

统计学检验：单棒组与双棒组相比，各工况下（P<0.05，差异有统计学意义）。而单棒加椎板螺钉后与双钉棒组相比，各工况下（P>0.05，差异无统计学意义），同侧单棒组与对侧单棒比较，右侧弯工况下（P<0.05，差异右统计学意义），其余各工况下（P>0.05，差异无统计学意义）。

 

3 讨论

经椎间孔减压，椎体间植骨融合术（TLIF技术， Transforaminal　Lumbar　Interbody　Fusion，TLIF）是腰椎后路微创减压内固定的常用术式^{【1，2，3，4，5】}，该技术可以在微创手术通道下，通过切除一侧的小关节突，从一侧的椎间孔进入椎间隙，完称椎间盘的切除，椎体间植骨，融合和固定，无需过度牵拉神经根、硬膜囊，减少了对神经根及硬膜囊的骚扰，且不受节段的限制，同时能保留了后纵韧带、棘间韧带及对侧椎板、小关节等后方结构的完整。

即使是微创TLIF手术，术后腰椎的即刻稳定性对于提高椎间融合成功率仍然具有非常重要的意义。虽然椎间融合器能通过界面固定”和“撑开一压缩”提供一定的初始稳定性，但是在TLIF术实施单侧的小关节切除后，单纯依靠融合器的界面固定并未能提高椎节术后即刻稳定性至正常水平, 附加椎弓根内固定是必要的。

 目前开展的微创术式有以下几种辅助固定形式：①单侧的微创TLIF减压，辅以双侧的椎弓根钉棒固定；② 单侧的微创TLIF减压辅以同侧的椎弓根单钉棒固定；③ 单侧的微创TLIF减压辅以对侧的经皮椎弓根单钉棒固定；④ 单侧的微创TLIF减压辅以同侧单钉棒加对侧经关节螺钉微创固定。

其中第1种术式与开放术式最接近，无疑是后路手术固定的金标准。本组生物力学测试提示该固定系统具有最优的生物力学稳定性，是首选。但后面几种术式也经常被不同的临床医生选择应用。比如：在应用xtube等可扩张微创管道实施手术时，采用第2种固定方式比较方便，因为只需要一个微创切口即可完成所有操作。Deutsch ^【6】等报道了1组后外侧融合1~2个节段单侧固定临床病例，认为与双侧椎弓根相比，单侧固定能显著减少手术时间、缩短住院日期、降低医疗费用，但临床融合率两者无显著差异。国内周跃^【7】等也采用该术式治疗了一组病例，长期随访结果满意。本组生物力学测试表明，该固定方式下，脊椎功能单位的稳定性明显高于照组，差异有统计学意义，从而也为该技术的临床应用提供了理论支持。

实施微创TLIF手术可以选择Xtube等可扩张通道，也有医生喜欢采用微创常规大通道进行单侧减压，以获得更小的切口和微创的入路。这时，在减压的对侧辅以经皮椎弓根钉棒固定的方法也是一种选择。本组生物力学测试提示，该固定组合在各工况下的生物力学稳定性均高于对照组，但在左右侧弯及旋转的稳定性上略差于同侧单钉棒组，差异有统计学意义。所以这种固定方式应建议限于体重较轻，身材小的病人使用。

微创TLIF术式到底是采用单钉棒固定还是采用双钉棒固定一直是一个存在争议的问题^【8，9】。本组的生物力学测试表明，与对照组相比，无论是单钉棒还是双钉棒固定，腰椎功能单位的力学稳定性都明显高于对照组。所以，从理论上讲，在微创TLIF术式下，单枚融合器辅以同侧或对侧的单钉棒固定，其生物力学强度是足够的。但是Schleicher^【10】等比较了单侧椎弓根螺钉与双侧椎弓根螺钉固定的差异，认为单侧椎弓根螺钉固定强度差于双侧椎弓根螺钉固定组，这与本组试验测试的结果是一致的。虽然增加单枚钉棒，较好的增加了单融合器植入的系统稳定性，但与双钉棒固定组比较，两种单钉棒方式仍然存在差距。临床上，尤其对于那些身材体形偏大的患者，单纯辅以单枚的椎弓根钉棒固定是否充分，仍然是值得具体考量的问题。所以，我们认为，在考虑不同患者的身材，体重，以及运动习惯可能对腰椎功能节段带来额外负荷的可能性，适时采用更强大的固定方法以保证足够且充分的固定强度也是必要的。在单钉棒固定的基础上进一步加强稳定的方法目前主要有两种：将单钉棒固定升级为双钉棒固定，或者在对侧增加一枚经关节螺钉进行辅助固定。本组生物力学测试表面，单钉棒系统增加对侧的经关节螺钉固定后，其力学稳定性获得了较大提升，在各工况下的腰椎功能单位稳定性达到或接近双钉棒固定的水准。而从手术方法的简便性，以及医学经济学的角度考虑，该技术的费用可能更低，手术更简便，是一种值得推荐的微创固定方法。

参考文献

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3.       Dhall SS, Wang MY, Mummaneni PV. Clinical and radiographic comparison of mini-open transforaminal lumbar interbody fusion with open transforaminal lumbar interbody fusion in 42 patients withlong-term follow-up.J Neurosurg Spine. 2008 ;9(6):560-5.

4.       Lee DY, Jung TG, Lee SH. Single-level instrumented mini-open transforaminal lumbar interbody fusion in elderly patients.J Neurosurg Spine. 2008 ;9(2):137-44.

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9.       Slucky AV, Brodke DS, Bachus KN, et al. Less invasive posterior fixation method following transforaminal lumbar interbody fusion: a biomechanical analysis.Spine . 2006 ;6(1):78-85.

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