脊柱畸形矯形中預(yù)防脊髓損傷的近期研究進(jìn)展

楊浩志 馬向陽 鄒小寶 王賓賓

重度脊柱畸形往往需要行截骨矯形術(shù)，而矯形術(shù)中最大的風(fēng)險(xiǎn)就是損傷脊髓，出現(xiàn)截癱等嚴(yán)重并發(fā)癥。然而，目前對(duì)于如何在矯形過程中最大限度地避免脊髓損傷，有關(guān)的理論研究較少。目前認(rèn)為脊柱截骨矯形過程中引起脊髓損傷的機(jī)制主要有兩方面，一是機(jī)械性損傷導(dǎo)致的直接性脊髓功能障礙，二是脊髓缺血導(dǎo)致的間接性神經(jīng)功能損害。為提高矯形術(shù)中的脊髓安全性，避免脊髓的直接及間接損傷，近年來提倡通過術(shù)中脊髓監(jiān)測(cè)及數(shù)字骨科技術(shù)等輔助手段完成矯形手術(shù)。此外，矯形術(shù)中脊髓形態(tài)變化對(duì)脊髓功能的影響亦有較多研究。筆者通過文獻(xiàn)回顧，就截骨矯形術(shù)中如何有效預(yù)防脊髓損傷這一關(guān)鍵問題作一綜述。

一、矯形術(shù)中引起脊髓損傷的主要機(jī)制

1. 機(jī)械性損傷：因脊柱畸形患者椎體解剖異常，置釘過程中螺釘穿破椎弓根內(nèi)壁，進(jìn)入椎管內(nèi)，直接導(dǎo)致脊髓機(jī)械性損傷；因截骨過程精細(xì)且復(fù)雜，反復(fù)牽拉脊髓或因操作不當(dāng)損傷脊髓；術(shù)中截骨時(shí)，未使用短節(jié)段的臨時(shí)棒固定，導(dǎo)致截骨兩端錯(cuò)位引起脊髓損傷；因截骨矯正過度、骨性結(jié)構(gòu)破壞過多、植骨床缺失造成脊柱失穩(wěn)，對(duì)脊髓的慢性機(jī)械損傷；截骨間隙加壓縮短時(shí)，硬膜囊相應(yīng)短縮、形成皺褶，同時(shí)脊髓在椎管內(nèi)扭曲變形，如后方椎板切除不充分，截骨端的后緣與對(duì)應(yīng)的椎板邊緣可對(duì)脊髓產(chǎn)生“夾擊”效應(yīng)，直接壓迫脊髓；截骨間隙加壓縮短后，脊髓由于受神經(jīng)根、硬脊膜、韌帶等軟組織的牽拉，從而一定程度上限制了脊髓向頭、尾方椎管的回縮，造成脊柱椎體的縮短與脊髓的縮短不同步，椎體的短縮距離要多于脊髓的短縮，對(duì)脊髓造成牽拉或剪切；術(shù)中止血不充分形成硬膜外血腫壓迫脊髓。

2. 缺血缺氧性損傷：脊柱矯形手術(shù)時(shí)間長、創(chuàng)傷大，術(shù)中出血較多，易造成血容量不足，影響脊髓血液供應(yīng)；此外有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明結(jié)扎節(jié)段性血管亦可導(dǎo)致脊髓動(dòng)脈的灌注量不足，直接引起脊髓缺血[1]；術(shù)中損傷椎管內(nèi)靜脈叢可引起大量出血，在切除椎體的過程中，失血量尤為顯著，平均一個(gè)節(jié)段 VCR 的出血量為 850～1400 ml，如果出血量超過 1400 ml，可致脊髓缺血性損傷[2-3]；術(shù)中控制性降壓也是造成脊髓缺血缺氧的重要原因，但在矯形、閉合截骨面時(shí)，Lenke 等[4]認(rèn)為平均動(dòng)脈壓 ( MAP )最好保持在 75～80 mm Hg。另一方面，在截骨矯形中，隨著脊柱的延長或縮短，脊髓隨之發(fā)生牽張或皺縮，相應(yīng)髓內(nèi)壓力增高及髓內(nèi)外血管牽張或扭曲變形，髓內(nèi)毛細(xì)血管受到牽拉、壓迫及發(fā)生痙攣，從而影響脊髓的血流供應(yīng)，導(dǎo)致脊髓損傷。

有研究表示順應(yīng)性小、操作強(qiáng)度大的脊柱節(jié)段，由機(jī)械因素引起脊髓損傷的可能性大；而順應(yīng)性大的脊柱節(jié)段由血管因素引起脊髓損傷的可能性大[5]。機(jī)械性損傷是導(dǎo)致早期脊髓功能受損的主要原因，而缺血缺氧則在晚期脊髓功能障礙的發(fā)生中起著重要作用。

二、矯形術(shù)中預(yù)防脊髓損傷方法

1. 術(shù)中脊髓監(jiān)測(cè)：脊髓損傷重在預(yù)防，如果能早期發(fā)現(xiàn)可避免永久性脊髓損傷，而術(shù)中脊髓監(jiān)測(cè)可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)脊髓功能變化，盡早發(fā)現(xiàn)脊髓損傷，故從 20 世紀(jì) 70 年代，脊柱畸形矯正手術(shù)逐漸開展術(shù)中脊髓功能監(jiān)測(cè)并越來越受到重視。目前主要監(jiān)測(cè)的方法主要分為喚醒試驗(yàn)( wake-up test，WUT ) 和神經(jīng)電生理方法。喚醒試驗(yàn)又稱Stagnara 喚醒試驗(yàn)，1973 年由 Vauzelle 和 Stagnara 等最先提出，曾認(rèn)為是術(shù)中判斷脊髓損傷的“金標(biāo)準(zhǔn)”[6]。術(shù)中喚醒試驗(yàn)需適當(dāng)降低麻醉深度，將患者喚醒后看是否可根據(jù)指令完成相關(guān)活動(dòng)，從而判定脊髓功能是否完整。此方法簡單、易行，判斷脊髓運(yùn)動(dòng)功能時(shí)更直接、準(zhǔn)確，在術(shù)中不同階段多次喚醒能有效避免脊髓損傷；但喚醒試驗(yàn)時(shí)效性差，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)功能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，只能監(jiān)測(cè)脊髓運(yùn)動(dòng)功能，同時(shí)不適用于低齡、智力障礙以及術(shù)前有肌力異常的患者[7]。此外實(shí)施喚醒試驗(yàn)可能發(fā)生一些并發(fā)癥，如氣管導(dǎo)管脫出、大出血、患者煩躁等；因此術(shù)中喚醒試驗(yàn)難以獨(dú)立完整監(jiān)測(cè)脊髓功能。神經(jīng)電生理監(jiān)測(cè)手段主要有體感誘發(fā)電位 ( somatosensory evoked potential，SEP )，運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位 ( motor evoked potential，MEP )、肌電圖 ( electromyography，EMG )、下行神經(jīng)源性誘發(fā)電位( descending neurogenic evoked potential，DNEP ) 等。目前沒有單一的監(jiān)測(cè)模式可以同時(shí)監(jiān)測(cè)完整的脊髓功能[8-9]。因此，對(duì)于脊柱畸形矯形手術(shù)的監(jiān)護(hù)，近年來更傾向于針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)目的進(jìn)行不同的組合，即多模式術(shù)中監(jiān)測(cè) ( mutimodal intraoperative monitoring，MIOM )。MIOM 是綜合運(yùn)用多種監(jiān)測(cè)技術(shù)來評(píng)估脊髓、神經(jīng)根功能完整性的神經(jīng)電生理監(jiān)測(cè)技術(shù)?，F(xiàn)臨床應(yīng)用最廣泛的 MIOM 即為SEP＋MEP＋EMG。MIOM 可同時(shí)監(jiān)測(cè)脊髓的上行感覺和下行運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)束，更加動(dòng)態(tài)、全程和全面地監(jiān)測(cè)脊髓功能，被認(rèn)為是目前復(fù)雜的脊柱畸形矯形術(shù)中神經(jīng)功能監(jiān)測(cè)的“金標(biāo)準(zhǔn)”[10]。但其假陰性和較高假陽性的發(fā)生依然存在。故雖然可提高術(shù)中監(jiān)測(cè)神經(jīng)功能損傷的敏感性，但同時(shí)也降低了特異性，干擾手術(shù)進(jìn)程[11]。

脊柱畸形矯形術(shù)中，若 MIOM 異常時(shí)，應(yīng)立即檢查患者的血壓、體溫、血氧飽和度、血紅蛋白及麻醉深度等，排查是否有干擾 MIOM 的因素，若無明確干擾因素但監(jiān)測(cè)結(jié)果仍有異常時(shí)，應(yīng)行喚醒試驗(yàn)，若喚醒試驗(yàn)陽性時(shí)，則應(yīng)停止截骨操作并松開內(nèi)固定，排查脊髓受壓部位，對(duì)相應(yīng)后方椎板進(jìn)行切除減壓；此時(shí)若 MIOM 仍然異常，則再次行喚醒試驗(yàn)，仍為陽性時(shí)，排查內(nèi)固定是否侵入椎管，并在保持脊柱穩(wěn)定的情況下，相應(yīng)調(diào)整或取出內(nèi)固定。在松開內(nèi)固定后，脊髓功能監(jiān)測(cè)正常時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況行較小程度矯形或者行原位固定[2]。綜上所述，若術(shù)中脊髓監(jiān)測(cè)出現(xiàn)異常，則需根據(jù)實(shí)際情況采取重新開放截骨面、調(diào)整內(nèi)固定、減少矯形力度等措施[4]。

2. 數(shù)字骨科技術(shù)輔助置釘、引導(dǎo)截骨矯形：重度脊柱畸形自身解剖結(jié)構(gòu)及解剖標(biāo)志存在嚴(yán)重變異，常常伴有椎弓根缺如、椎體旋轉(zhuǎn)、半椎體畸形、椎體分節(jié)不全等畸形[12]；在脊柱畸形矯形術(shù)中，因解剖結(jié)構(gòu)異常使得椎弓根螺釘置入椎管，損傷脊髓；另一方面，因脊柱解剖結(jié)構(gòu)的變異，設(shè)計(jì)截骨需合理，防止過度截骨造成脊柱不穩(wěn)進(jìn)而損傷脊髓，而截骨操作更應(yīng)小心謹(jǐn)慎，避免操作失誤損傷脊髓。近年來隨著數(shù)字骨科技術(shù)的快速發(fā)展，為脊柱畸形矯形手術(shù)中避免脊髓損傷提供很大的安全保障。其中數(shù)字化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ( computer aided design，CAD )、快速成形 ( rapid prototype，RP ) 技術(shù)及導(dǎo)板導(dǎo)航技術(shù) ( template navigation technology )、計(jì)算機(jī)三維導(dǎo)航系統(tǒng) ( comput erassisted 3D navigation system )、VR / 虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)( virtual reality / augmented reality，VR / AR ) 技術(shù)以及手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)等在脊柱畸形矯形術(shù)中輔助完成置釘及引導(dǎo)截骨矯形有著獨(dú)到的作用。

CAD-RP 技術(shù)是 20 世紀(jì) 80 年代后期發(fā)展起來的一種新技術(shù)，近年來迅速發(fā)展起并廣泛應(yīng)用。將脊柱 CT 斷面數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行整合重建，建立脊柱三維立體結(jié)構(gòu)圖像，可幫助醫(yī)師從任何一個(gè)角度觀察病變部位，對(duì)復(fù)雜畸形獲得全方位的認(rèn)識(shí)。然后在三維圖像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)換文件格式通過快速成形技術(shù)制成與脊柱同比例的實(shí)物模型，對(duì)個(gè)性化、精確化矯形手術(shù)具有明顯的指導(dǎo)作用[13-16]。導(dǎo)板導(dǎo)航技術(shù)則是在 CAD-RP 技術(shù)基礎(chǔ)上，將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件，設(shè)計(jì)最優(yōu)釘?shù)?，提取椎板、棘突及關(guān)節(jié)突后面的表面解剖形態(tài)，建立與其解剖形態(tài)相一致的反向模板。將最優(yōu)釘?shù)琅c模板整合，數(shù)字化合成帶有導(dǎo)孔的導(dǎo)航模板，將此數(shù)據(jù)導(dǎo)入 3D 打印機(jī)，打印出導(dǎo)航置釘模板輔助術(shù)中置釘[17-19]( 典型臨床應(yīng)用如圖 1 )。此外隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，與 CAD-RP 技術(shù)有異曲同工之妙的 VR / AR ( 虛擬現(xiàn)實(shí) / 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) ) 技術(shù)也頻頻出現(xiàn)在視野中；VR 技術(shù)是使用計(jì)算機(jī)繪制虛擬模型，而 AR 技術(shù)則是將此模型融合到使用者所看到的真實(shí)景象中；VR /AR 技術(shù)同樣能有助于全方位了解復(fù)雜畸形，模擬置釘及截骨，甚至能在術(shù)中實(shí)時(shí)調(diào)整置釘及截骨方案[20]。對(duì)于計(jì)算機(jī)三維導(dǎo)航系統(tǒng)主要包括 C 型臂機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)和 O 型臂導(dǎo)航系統(tǒng)；其中 C 型臂導(dǎo)航系統(tǒng)是通過 3D C 型臂機(jī) 190° 自動(dòng)旋轉(zhuǎn)收集圖像并合成三維圖像，將圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)三維導(dǎo)航系統(tǒng)中，在導(dǎo)航指導(dǎo)下準(zhǔn)確完成置釘，但為避免術(shù)前體位與術(shù)中體位不一致而影響配準(zhǔn)，需在術(shù)中重新掃描重建三維圖像[21-22]；而作為目前骨科領(lǐng)域最先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)，O 型臂導(dǎo)航系統(tǒng)可在短時(shí)間內(nèi)且較少輻射量的情況下360° 全方位收集圖像，精確地完成三維圖像的重建，直接輸入到導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中自動(dòng)匹配、注冊(cè)，讓術(shù)者可以真正做到“直視下”完成置釘、截骨等操作[23-24]。最后對(duì)于手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，主要包括以色列 Renaissance 機(jī)器人引導(dǎo)系統(tǒng)、美國達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)等。

脊柱畸形矯形術(shù)前利用 CAD-RP 技術(shù)可精確地了解脊柱后凸、椎體旋轉(zhuǎn)、半椎體、椎板缺失等畸形解剖結(jié)構(gòu)情況，直觀地觀察神經(jīng)根管、椎管等重要結(jié)構(gòu)的位置及周圍比鄰結(jié)構(gòu)關(guān)系，并對(duì)置釘角度、截骨角度和范圍等進(jìn)行測(cè)量，獲得真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，并可通過三維數(shù)據(jù)及實(shí)體模型進(jìn)行模擬置釘及截骨，觀察和分析模擬矯形后的效果，進(jìn)而選擇出最佳的矯形方案。在脊柱畸形矯形術(shù)中，根據(jù)術(shù)前得出方案及實(shí)體 3D 模型，并結(jié)合椎弓根螺釘導(dǎo)板導(dǎo)航及計(jì)算機(jī)三維導(dǎo)航系統(tǒng)，指導(dǎo)術(shù)中置釘及截骨矯形，極大地避免因內(nèi)固定置入椎管及截骨不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е碌募顾钃p傷。典型臨床應(yīng)用如圖 1。

三、脊髓形態(tài)變化對(duì)脊髓功能的影響

脊柱畸形截骨矯形時(shí)需直接加壓閉合截骨間隙或在撐開后在椎體間置入一定高度的融合器或鈦籠以完成矯形，但由于截骨間隙的過度加壓或過度撐開，使脊髓受到過度擠壓或過度牽拉從而造成脊髓損傷 ( 圖 2 )。因此為提高矯形術(shù)中脊髓的安全性，矯形時(shí)脊髓的形態(tài)變化不容忽視。然而截骨間隙應(yīng)該進(jìn)行加壓還是撐開？加壓或撐開的安全范圍、量化標(biāo)準(zhǔn)及其影響因素？這些問題均與矯形術(shù)中脊髓形態(tài)變化息息相關(guān)。

國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及臨床實(shí)踐認(rèn)為脊髓撐開較脊髓短縮更易導(dǎo)致神經(jīng)功能損傷，建議截骨后采用脊柱短縮矯形，盡量避免撐開。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)山羊和豬進(jìn)行全椎體切除并切除上下鄰近椎體的全部椎板時(shí)，保證脊髓安全的脊柱短縮范圍約為該切除椎體的高度[25-26]。Kawahara 等[27]用狗作為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行全椎體切除并切除上下鄰近椎體半個(gè)椎板時(shí)，保證脊髓安全的脊柱短縮范圍為該切除椎體的高度的 67%，約 2 / 3 椎體高度；這表明脊髓最大安全縮短距離可為 1 個(gè)椎體高度，且與后方椎板切除高度有關(guān)。另一方面，Yang 等[28]用豬作為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，得出脊柱安全撐開距離與胸腰椎長度高度相關(guān)，且其安全距離約為胸腰椎總長度的 3.6%；Hong 等[29]用豬作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，得出脊柱撐開距離超過該切除椎體的高度的74.3% 和 ( 或 ) 胸腰椎總長度的 3.63% 時(shí)并超過 10.7 min 時(shí)脊髓會(huì)發(fā)生延遲性損傷。而在實(shí)際臨床脊柱截骨矯形術(shù)中，未有明確量化標(biāo)準(zhǔn)，并且脊髓耐受性有個(gè)體差異，故往往都是在脊髓功能監(jiān)測(cè)前提下根據(jù)脊髓形態(tài)及臨床經(jīng)驗(yàn)得出脊髓縮短或撐開安全距離。為防止脊髓過度短縮，對(duì)截骨端支撐植骨或使用支撐體 ( cage 或鈦網(wǎng) ) 重建前柱，在截骨閉合前將上下椎板內(nèi)壁作潛行切除，擴(kuò)大椎管內(nèi)徑以防止脊髓背側(cè)受壓[4,30-31]。早期有臨床研究根據(jù) Cobb’s角原理及三角正弦定理得出脊髓安全短縮距離約在 4 cm以內(nèi)且在充分減壓后最大的距離也只能是 5～6 cm[32]。此外有研究表明脊髓安全短縮距離亦存在明顯部位差異，腰段最大，胸腰段次之，胸段最小[33]；這可能與脊柱的穩(wěn)定性、椎管容積、脊柱脊髓血管分布等條件有關(guān)。另一方面有臨床研究表明脊髓耐受牽長的能力十分有限，脊髓安全撐開距離約在 2 cm 以內(nèi)；臨床上亦有不進(jìn)行截骨，單純矯形導(dǎo)致椎管長度改變而引起脊髓損傷的情況[34]。

圖 1 重度脊柱畸形病例 a～d：CAD 三維重建；e：RP 數(shù)字模型；f：術(shù)中模板導(dǎo)航；g～h：術(shù)后 CT 示椎弓根螺釘位置良好Fig.1 A case of severe spinal deformity a - d: Computer aided design; e: Rapid prototype; f: Intraoperative navigation; g - h: CT after operation,showing good pedicle screw position

圖 2 過度撐開 / 加壓示意圖 a：術(shù)前后凸畸形；b：過度撐開致脊髓牽拉；c：過度加壓致脊髓皺縮；d：適度撐開 / 加壓Fig.2 Schematics demonstrating the excessively distracting or shortening process a: Kyphosis before operation; b: The spinal column was distracted and the spinal cord was lengthened; c: The spinal column was shortened, and the spinal cord was buckled; d: Moderate distraction or shortening

在臨床中，重度的脊柱畸形椎體的解剖結(jié)構(gòu)往往是異常的，例如半椎體或蝴蝶椎等，進(jìn)而脊柱高度、形態(tài)等相應(yīng)都是異常的，因此利用截骨椎體的高度、胸腰椎總長度等只能大致粗略預(yù)判脊髓加壓或撐開的安全范圍，難以精確量化。為解決上述問題，國內(nèi)有學(xué)者在山羊動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，初步提出利用矯形術(shù)中脊髓容積變化來量化脊髓加壓或撐開的安全范圍[26,35]。此方法避開測(cè)量單維度參數(shù)，利用 MRI 法或 Mimics 法[35]等立體重建及測(cè)量出脊髓容積，利用截骨節(jié)段 ( 包括截骨椎體及上下相鄰椎間盤的間隙高度，圖 3 )[26,35]單位高度內(nèi) ( mm ) 脊髓容積的變化極限來預(yù)判脊柱安全加壓或撐開長度。這種方法雖然是利用截骨節(jié)段單位高度內(nèi)脊髓容積變化極限來反向推出脊髓所能承受加壓或撐開的距離，并且避免了脊柱畸形帶來的參數(shù)測(cè)量困難，但這只是初步在山羊?qū)嶒?yàn)中得出的數(shù)據(jù)，具體臨床應(yīng)用有待進(jìn)一步探索。

圖 3 截骨節(jié)段高度及 Mimics 法測(cè)得脊髓容積示意圖 a：截骨節(jié)段高度；b：術(shù)前 Mimics 軟件測(cè)得的脊髓容積；c：撐開后Mimics 軟件測(cè)得的脊髓容積；d：加壓后 Mimics 軟件測(cè)得的脊髓容積 [26,35]Fig.3 Schematics demonstrating the osteotomy segment height and the reconstruction of the spinal cord volume on Mimics a:Osteotomy segment height; b: Preoperative spinal cord volume; c:Reconstruction of the spinal cord volume on Mimics after distraction;d: Reconstruction of the spinal cord volume on Mimics after shortening [26,35]

綜上所述，隨著現(xiàn)代數(shù)字骨科技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用、脊髓監(jiān)測(cè)技術(shù)的提高及截骨矯形技術(shù)的成熟，脊柱畸形矯形手術(shù)有著較高的安全保障。脊柱畸形矯形手術(shù)復(fù)雜，必須術(shù)中動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)脊髓功能變化，盡可能在導(dǎo)板導(dǎo)航或計(jì)算機(jī)三維導(dǎo)航輔助下完成置釘，并相應(yīng)結(jié)合 CAD-RP 技術(shù)、VR /AR 技術(shù)等完成置釘及截骨矯形，以最大限度地避免損傷脊髓。此外術(shù)中脊髓形態(tài)變化亦與脊髓損傷息息相關(guān)，因脊髓短縮較撐開可承受的距離更大，更安全，矯形時(shí)建議截骨后采用脊柱短縮矯形，盡量避免撐開；而術(shù)中脊髓縮短或撐開具體的安全范圍、量化標(biāo)準(zhǔn)及影響因素仍有待進(jìn)一步研究。