微创脊柱外科手术的发展与展望

2015-05-18   文章来源:第三军医大学附属新桥医院骨科 周跃    点击量:2083 我要说

  微创手术是现代手术学发展最快的领域之一,该技术在实现小“孔”切口同时与可视化技术相结合,从而能更好的观察手术区域。“微创手术(Minimally invasive surgery)”这一名词的起源有一定争议。Wickham在1986年打造了这一术语,而在1992年,Cuschieri使用了“小切口手术(Minimally access surgery)”这一术语。在过去的十年中,微创脊柱外科技术得到了迅速的发展。由于脊柱微创手术对软组织的牵拉和剥离较少,因而能够降低术后疼痛,缩短恢复时间。随着显微内窥镜技术的发展和特殊手术器械与设备的临床应用,外科医生可以通过一个或多个微小的切口来完成以往的手术操作。与开放手术相同,微创脊柱手术也能实现微创下的神经减压,脊柱稳定与融合,以及脊柱畸形的矫正。

一、当前微创脊柱技术现状与展望

1.后外侧经皮椎间孔镜下椎间盘切除术

  经皮椎间盘切除减压治疗腰椎间盘突出症经历了近20余年的发展历史。在Craig侧后路经皮腰椎间盘穿刺活检途径的基础上,HijilkataOnik等先后报道侧后路经皮腰椎间盘手动和自动切除术,Kambin等报道了内窥镜辅助下的腰椎间盘切吸术,随后ForstSchreiber等又分别报道了内窥镜直视下的腰椎间盘切除减压术。随着微创脊柱内窥镜和手术器械的不断改进和发展,以及先进手术设备如激光、射频和导航的临床应用,使经皮椎间孔镜技术发生了革命性改变。从早期的后外侧经皮腰椎间盘盲切,发展到当今内窥镜辅助下的切吸、从过去单纯经Kambin安全三角区进入椎间盘内行间接的椎间盘减压YESS技术,发展到当今能直接经椎间孔进入椎管内行直接神经根松解和减压TESSYS技术、从过去只能做单纯的包容性腰椎间盘突出,发展到能完成各种类型的腰椎间盘突出和脱出的直接手术摘除,以及椎间孔狭窄的经皮椎间孔扩大成形术,该手术己成为当今最具发展潜力和最微创的脊柱内窥镜技术。现正努力探索经皮椎间孔镜下的腰椎融合、髓核置换和干细胞移植等手术。该手术己成为当今最具发展潜力和最微创的脊柱内镜技术。

  经皮椎间孔镜下腰椎间盘切除术( PELD )是经后外侧入路,通过椎间孔“安全三角工作区”进入椎间盘。该区位于纤维环的后外侧,可允许器械安全通过而不至于损伤出行神经根( Exiting nerve root )。后外侧经皮椎间孔镜下微创椎间盘切除术可局麻下操作,这样手术者可以在置入工作通道时获得患者的直接反馈以避免损伤神经根。尽管该手术的优势显著,如极少的出血、微小手术创伤与瘢痕,但仍存在一些缺陷。如患者髂嵴位置较高,或患者的椎间隙已塌陷,就很难找准通道的精确置入点。而且当椎间盘碎片已经游离,则手术操作比较困难。对于需要全麻或深度镇静的患者,神经根损伤的风险也较高。

  随着微创脊柱内窥镜和手术器械的不断改进和发展,以及先进手术设备如激光、射频和导航的临床应用,使经皮椎间孔镜技术发生了革命性改变。从早期的后外侧经皮腰椎间盘盲切,发展到当今内窥镜辅助下的切吸、从过去单纯经Kambin安全三角区进入椎间盘内行间接的椎间盘减压,发展到当今能直接经椎间孔进入椎管内行直接神经根松解和减压、从过去只能做单纯的包容性腰椎间盘突出,发展到能完成各种类型的腰椎间盘突出和脱出的直接手术摘除,以及椎间孔狭窄的经皮椎间孔扩大成形术,现正努力探索经皮椎间孔镜下的腰椎融合、髓核置换和干细胞移植等手术。该手术己成为当今最具发展潜力和最微创的脊柱内窥镜技术。

  经皮椎间孔镜下腰椎间融合是未来重要发展方向。目前学者们尚试通过一个特殊手术工具向椎间盘内填充有凝胶或高聚物膨胀装置的球囊,球囊就可膨胀到所需的大小。另一个途径是采用可膨胀椎间融合器,通过经皮椎间孔“安全三角工作区”植入椎间盘内后,撑开膨胀到合适大小,从而实现真正微创经皮椎间植入、椎间撑开固定和融合目的。材料上可采用记忆镍钛合金,它具有温度成型记忆功能,并具备超高的弹性行为,尽管很难置入椎间盘,但可设计尺寸较小的变形椎间融合器,置入椎间盘后再回复形状以达到微创椎间融合。目前,材料上已经实现了PEEK材料可膨胀椎间融合器的研制,并已经用于临床。

  经皮椎间孔下椎间盘切除术虽然具有许多优点,但也存在不足。内窥镜下的手术使外科医生视觉局限于内镜摄像头的狭小视野,二维空间,而且镜头又常被血液、水雾阻挡,存在损伤重要神经血管和脏器的风险,这也是脊柱内窥镜手术临床应用受限的原因。为保证手术的精准和安全,医生们又必须要在X光透视下进行操作,从而承受大量X射线的照射。针对脊柱内窥镜下对医生与患者所造成的手术风险,最有意义的进展是影像导航技术的临床应用。影像导航通过术前和术中某一患者的个体数据进行解剖定位、显示器械轨迹和位置,从而增强外科医生控制器械、企及特殊解剖结构的能力。我们推测未来经皮椎间孔下微创椎间盘切除术将演变为影像导航引导下的精确操作。当然,经皮椎间孔下椎间盘切除术中使用影像导航技术目前仍存在:①目前的图像尚不能清晰显示神经根,这样就很难完全避免神经根损伤。②目前的导航系统需要固定骨性标志来进行影像配准,但后外侧经皮椎间孔下椎间盘切除术中其终端是椎间盘内,并未涉及骨性标志。骨表面的套合配准不完全精确,即便是可信的,由于抵达工作区的距离较长也会产生较大的不准确性。解决这一问题的办法是使用术中生物传感器。微处理器技术的进步已产生了智能传感器,它在一块集成电路芯片(IC chip)上集成了感知和数据处理功能并用于医疗用途。该传感器可植入椎间盘内或椎间盘外并能检测物理、化学和生物的改变。Andrews等使用这一技术在不同条件下进行体内即时(Real-time)分辨组织,目的在于改进该技术用于即时分辨神经根和周围组织,并寻找后外侧经皮椎间孔下椎间盘切除术器械进入椎间隙的正确安全位点。

2.经椎板间隙入路内镜下椎间盘切除术

  通过微创通道下进行显微椎间盘髓核摘除术是目前治疗椎间盘突出症最常应用的微创脊柱外科技术。MED微创腰椎间盘摘除术是FoleySmith1997年首先开展起来的微创脊柱外科新技术。MED微创腰椎间盘摘除术吸取了传统后路椎板间隙开窗技术与内窥镜下微创技术之优点,通过一系列扩张通道来完成手术入路的建立,并通过1.6-1.8cm 直径工作通道来完成过去只有通过开放手术才能完成的椎板开窗、小关节切除、神经根管减压及椎间盘切除等手术。与传统腰椎间盘摘除术相比,该技术通过一系列扩张导管来建立手术入路,不需要剥离和牵拉椎旁肌,并在1.6-1.8cm 直径工作通道内完成所有手术操作。因此,具有手术切口小,椎旁肌肉损伤轻,出血少和术后恢复快等优点。由于先进的摄、录像系统将手术操作视野放大64倍,从而术中能更加准确地辨认和保护好手术区的硬脊膜囊、神经根和椎管内血管丛;同时,清晰的术野又保证更加精确地完成各种手术的操作,有效避免传统手术视野深和脊柱后方骨性关节结构破坏较大的缺点,最大限度保留脊柱后韧带复合结构的完整性,从而有效降低术后瘢痕粘连和腰椎不稳的发生。

  特定部位的病理改变决定工作通道的安放位置。微创腰椎减压术可以对中央椎管,侧隐窝和椎间孔区域进行充分减压。此外还可以对椎间孔外的椎间盘组织进行切除。对不同区域进行减压之前需要计划手术路径。对于椎间孔外神经减压可以将工作通道安放在横突间的横突间膜上,首先确定横突间膜,并切开横突间韧带以显露其深面的出行根( Exiting nerve root ),一旦出行根被确定便可在神经根的深部找到突出的椎间盘组织。最近一些研究比较了微创椎间盘髓核摘除术和传统的开放手术,结果表明微创手术中组织损伤小,神经干扰轻,失血少,术后疼痛症状轻,住院时间短,恢复和返回工作岗位快。对于传统开放显微椎间盘髓核摘除术和微创通道下显微椎间盘髓核摘除术的随机对照研究显示,微创通道下手术更加安全有效。

  由FoleySmith所开发椎间盘镜(MED)新技术是微创显微外科技术与内镜技术完美结合。MED手术类似于开放的显微镜下椎间盘切除术,可以用于椎板切除减压和椎间孔切开术以及椎间盘突出手术。MED操作容易、适应征较广和功能多样使外科医生更容易从传统手术转换到内窥镜手术。虽然内镜下的可视化操作,不但使手术视野清晰放大,而且手术操作方便有效,但它只能提供2维的图像,且经常被出血和显示不清妨碍,这点上还不及显微镜下椎间盘切除术。内镜成像和内镜图像融合技术的进步可以帮助改善这一问题。

  控制出血对于任何可视化技术都尤为重要,大量出血增加硬膜囊撕裂和神经根损伤的风险。硬膜外或是小关节周围的出血干扰手术医生无法进一步操作,但可使用类似显微镜下椎间盘切除术的一些传统方法(纤维胶原蛋白凝胶、血栓素凝胶、可吸收明胶海绵和小棉片等)。Endius开发了一种带双层鞘的微型双极电凝(MDS)装置,可以应用进行钝性分离、吸血和电凝止血。另外采用双重光源内镜系统(红外/可见光),它在目前的腹腔镜系统中加入了一个红外线通道。该系统能在在出血的环境中找中发现细小的动脉出血,查明出血的具体位置,帮助术者迅速烧灼止血,减少在出血点不清楚时的反复止血操作。

  目前的大多数脊柱内镜号称使用氙光源或卤素光源时有20×的放大率,并能达到3×104个像素。而近期的可视化技术可以通过1.8mm的光纤直径达到5×104个像素,这一图像质量对当前的大部分手术都足够了。未来的脊柱内镜手术将受益于更小的光纤,在不损失图像质量的同时,提供更多的手术操作空间。另一个进步是双照明,MGB内镜应用了叫Shadow的望远镜系统,它使用了2个独立的照明光源整合到标准的30°手术内镜上,由于Shadow的结构,它能提供很好的可塑性和对比性,这样可以向三维图像转换,实现高解析度以及均匀的清晰手术视野。另一个脊柱内镜的改进是抗雾化系统,外部清洁后再次雾化会导致手术反复中断。保持视野清晰对微创脊柱手术的安全实施尤为重要。在1993年有学者研究在传统内镜上加上额外的“鞘”(外套管),能随时清洗和干燥光学镜头,这样镜头保持清洁,不用反复从患者体内退出。添加的除雾器能去除高频手术电刀产生的烟雾。不幸的是,该系统无法阻止由于镜头的温度和工作区域湿度不平衡所导致的自然雾化, 有公司试图在镜头透镜的后方加入感受器和热阻丝来解决这一问题。基于CCD芯片高清晰成像(HDI)功能,能在1250水平线内提供2百万个像素,这样就能获得更加清楚晰的手术视野。

  计算机技术和内镜技术的进步已实现三维重建虚拟图像,从术前图像结合术中扫描合成,然后附加在术中内镜图像上,类似的技术已经用于颅脑手术,即将术前的图像重建和术中的手术显微镜图像结合,这样可协助外科医生确认肿瘤的边界,更好的切除肿瘤。近期,(Mississauga,加拿大)开发了一套神经内镜套管,根据MRICT的数据可以看到内窥镜的位置。特殊的软件提供现场的内镜图像,以及三维定位器械位置。另一个发展是头盔显示式眼镜,它连接于手术显微镜上,这样术者可以观察传输的显示信号和手术视野,不久将来还可以将该技术用于脊柱手术内镜上,以弥补二维脊柱内镜的不足。将来成像技术的改进还包括更好的光学图像解析度,类似于手术显微镜一样的更好的聚焦性,更好的弹性和可操作性,工作通道作用更大,并不断改进三维图像。这些改进可以将脊柱内镜手术推进到全新的高度。

3.脊柱前路腔镜手术面临的问题与挑战

  外科内窥镜时代始于70年代末引入的电视辅助下内窥镜技术,随着关节镜技术、腹腔镜技术、胸腔镜以及椎间盘镜等微创技术的迅速发展,现已在许多疾病的外科手术治疗中取代了传统的开放技术。由于脊柱特殊的解剖结构和手术要求,脊柱前路微创手术面临的临床问题更多,手术难度更大,手术风险和并发症也最高,从而显著地制约和阻碍脊柱前路内镜手术的开展与进步。

  腔镜辅助下前路颈椎椎间孔切开减压术始于上世纪90年代,其优点是不但手术创伤小,而且可保留颈椎间盘,从而保留其运动功能。该手术在治疗颈椎单侧根性症状效果明显,但这种方法最主要的并发症是在处理椎体钩椎关节时损伤椎动脉。Jho认为颈6-7椎间隙、钩椎关节外侧以及横突孔是最易导致椎动脉损伤的部位。颈6-7椎间隙位于颈7横突及颈长肌之间,为避免发生椎动脉损伤,Jho建议在颈6水平切断颈长肌,肌肉残断便会回缩向颈7横突,因而可暴露在颈长肌下的椎动脉;在钩椎关节部位,为避免椎动脉损伤,在使用磨钻时不应进入横突孔,可在钩椎关节处打磨时保留一层骨皮质,然后以括匙括除骨质。在存在单侧神经根症状的患者行前路椎间盘切除术后便会因颈椎不稳而出现对侧根性症状。单纯行神经根减压并不能很好的缓解这些患者颈痛的症状,还需要进行椎间融合以保持颈椎稳定性,但微创腔镜下颈椎前路的融合与固定是尚未解决的临床难题。

  现代胸腔镜技术始于90年代初,随着该技术不断发展,已逐步完成肺叶切除、胸腺切除、心包以及胸膜疾病的治疗等。目前胸腔镜技术已被应用于椎体病变活检、脓肿引流及脊柱病灶清除、胸椎间盘突出症的椎间盘髓核切除、胸椎骨折前路减压内固定,以及脊柱侧弯矫正或后突畸形的松解固定等治疗。其有效性和安全性已被广泛认同。但胸腔镜下脊柱前路微创手术与传统开胸手术相比,其手术并发症的发生率不但相同,而且手术时间更长,手术难度更大,手术风险更高。Dickman等在14例胸椎间盘突出症患者进行的15次胸腔镜手术中,发生3例肺不张,2例肋间神经痛,1例螺钉松动需取出,1例椎间盘残留需二次手术取出,1例脑脊液漏等并发症。McAfee等报道胸腔镜微创脊拄手术术后活动性出血的发生率为2%,肺不张发生率为5%,肋间神经痛发生率为6%,此外还有脊髓神经损伤,乳糜胸,隔肌及其它脏器损伤等严重并发症。吕国华等报道胸腔镜下脊柱前路手术并发症包括;因奇静脉损伤出血而中转为开胸手术松解2.6%,肺损伤5.2%,乳糜胸2.6%,局部性肺不张5.2%,渗出性胸膜炎5.2%,胸腔引流时间〉36h、引流量〉200ml为10.5%,胸壁锁孔麻木或疼痛2.6%,并明确指出在开展胸腔镜下脊柱侧凸手术早期,并发症发生率高于传统手术,随着操作的熟练和经验的积累,并发症率会明显降低。Watanabe等统计了52例胸腔镜和腹腔镜下脊柱手术的患者,并发症的发生率高达42.3%。如此高的并发症率和手术风险,从而阻碍胸腔镜下胸椎前路手术的开展。为此不少学者推荐和采用胸腔镜辅助下的小切口胸椎前路手术,不但手术操作相对简单,而且手术时间也显著缩短。

  在80年代后期,DuBois等在法国施行的首例腔镜下胆囊切除术带来了腹腔镜技术革命性的发展。现今,腹腔镜下的脊柱前路手术主要被用于下腰椎间盘的切除及椎间融合术(ALIF)。虽然,通过腹腔镜技术进行ALIF可有效减少对组织的损伤.但经腹腔的ALIF手术,需建立气腹,在腹腔镜手术腹部充气并调整体位致头低脚高位时会导致通气困难和气栓。此外,前路腰椎椎间融合术并发症还包括腹外疝、腹部脏器损伤、大血管的损伤、动静脉的栓塞、医源性椎管内神经损伤、逆行射精以及器械的断裂等。腰椎融合术后逆行射精的问题越来越引起人们的重视。这是由于在操作中损伤了位于下腰椎前方的支配下腹部的神经丛所致。Regan等报道215例腹腔镜下的下腰椎间BAK融合手术中,逆行射精的发病率为5.1%。美国FDA评价LT-CAGE在腹腔镜下植入椎间融合的报告中,高达16.2%的男性手术病人并发逆行射精,上述并发症的发生率显著高于传统的开放手术。Newton等认为胸腔镜下脊柱前路手术与传统开胸手术的并发症发生率相似,但胸腔镜下手术的术后引流量明显大于开胸手术。鉴于腹腔镜下腰椎间融合手术的操作难度和手术风险较高,手术并发症较多,因此,腹腔镜辅助下的小切口前路手术,不但创伤小,操作容易,而且手术操作时间短,并发症率也较低,是未来腰椎前路微创手术发展的方向。

  尽管生物学的进步能加强融合的有效性,但仍存在一些缺陷, 如运动受限和临近节段应力增加。对于这些原因,现今开展的椎间盘置换是最令人鼓舞的进展。尽管设计完全等同于天然椎间盘各种特性的人工椎间盘非常困难,但对人体确实有益的,它能减少感染源、减少退变椎间盘所致的不稳定,恢复自然的应力分担,并恢复脊柱运动特性。理论上,人工椎间盘置换可替代融合术,提供脊柱的生理运动,延缓临近节段的退变。首次的腰椎间盘置换在1996年开展,对痛性的椎间盘突出进行了置换,目前已有各种不同的人工椎间盘。其材料有金属或弹性纤维,最近有一种人工椎间盘内层是聚乙烯,外层是肽,然后包被了血浆,但是其融合的成功率仍未得到充分证实。另外,文献显示,病例选择,人工椎间盘的形态和大小以及位置对于疗效是至关重要的。以前的报道都是适用前路开放手术进行椎间盘置换,目前的内镜技术也可用于腹腔镜下人工椎间盘置换。Prodisc公司最近开发出椎间盘假体的第二代,除了轴线运动外能承受腰部运动的所有限度,在尺寸上比正常椎间盘稍小,但是可通过前路腹腔镜或是小切口经腹膜后入路置入。

  随着现代脊柱外科技术的不断进步,新型生物材料和器械在临床的应用,越来越多的脊柱前路手术被后路手术所替代,过去需要经前、后入路才能完成的脊柱大手术,也逐渐被一期后路手术所完成。由于脊柱前路复杂的解剖结构和较大的手术创伤与较高的手术并发症发生率,加上腔镜下脊柱前路手术固有的手术操作局限与风险,近年来,腔镜下的脊柱前路手术逐渐被腔镜辅助下的前路或侧前路,后路和侧后路微创脊柱手术所代替。未来腔镜下的脊柱前路手术更多地用于腔镜辅助下的脊柱前后路联合手术,既发挥了腔镜手术入路的微创特性,又避免了单纯腹腔手术操作复杂、手术时间长和并发症发生率高等缺点。随着三维腹腔镜技术的发展和数字化,智能化与杂交手术室的建立,未来脊柱微创手术技术必将有更大的发展。

4 . 微创腰椎减压与融合术

  1)、微创腰椎半椎板切除术

  微创腰椎减压的一个重要原则是保留多裂肌在棘突上的腱性止点。在传统的全椎板切除术中,棘突被切除,多裂肌被牵向两侧。在关闭伤口时,多裂肌的起点不可能被修复到棘突上。然而,采用半椎板切除技术,通过工作通道可以在单侧进行彻底的椎管减压。将工作通道向背侧倾斜可以看到棘突的下面和对侧椎板,将硬膜囊轻轻下压,切除黄韧带和对侧上关节突,从而完成经典的经单侧入路双侧减压。上位腰椎的解剖结构与下位腰椎不同, 在L3及以上水平,在棘突和关节突关节间的椎板很窄,若采用单侧入路,为了对同侧侧隐窝进行减压,必须对同侧的上关节突进行较多切除。另一种选择可以采用双侧入路技术,通过左侧半椎板切除来完成对右侧侧隐窝的减压,反之亦然。一项研究采用此双侧入路技术对4个病人7个节段进行减压,总的平均手术时间为32分钟每个节段,平均失血量为75ml,平均术后住院日1.2天。所有病人术前神经源性跛行消失,并且没有并发症的发生。

  多项研究对微创后路腰椎减压的安全性和有效性进行了评估。微创脊柱手术的学习曲线受到关注,在一些研究的起始阶段,其并发症率较高。Ikuta报道了他们采用单侧入路进行双侧腰椎管减压治疗腰椎管狭窄症的经验,44个病人中有38个病人短期疗效好。JOA评分指数平均改善了72%。手术后并发症较低,与开放手术对照相比,术中失血量显著减少,术后止痛药物的需要量明显降低,住院时间大大缩短。存在25%并发症率,其中包括4例硬膜撕裂,3例手术入路侧下关节突骨折,1例术后发生马尾神经综合症需要再次手术,1例术后出现硬膜外血肿需再次手术。

  在Yagi的一项前瞻性研究中,将41例腰椎管狭窄症病人随机分为两组,一组(20例)进行微创显微内镜减压,另一组(21例)采用传统椎板切除减压, 平均随访18个月。与传统椎板切除减压手术组相比,微创手术减压组的平均住院时间短,失血量少,血液中肌酸磷酸激酶的肌肉同工酶水平低,术后一年腰痛VAS评分低,恢复更快。本组90%的病人获得满意的神经减压和症状缓解。没有一例发生术后脊柱不稳。Castro采用18mm的工作管道对55例腰椎管狭窄症的病人进行显微内镜下椎管减压术。通过平均4年的随访,72%的病人获得优良或极好的效果,68%的病人主观满意度为优良。ODI评分平均降低,腿痛的VAS评分指数平均降低6.02。

  Asgarzadie Khoo 道了48例通过微创腰椎管减压治疗腰椎管狭窄症的病例, 其中28例病人进行了单节段的减压,另外20例接受两节段减压。同对照组相比,即传统的开放椎板切除术,微创组的平均术中出血量较少(25 vs 193ml),住院时间较短(36 vs 94小时。48位病人中有32例得到了术后4年的随访。术后六个月,所有病人的行走耐受力得到了改善,且80%的病人一直维持到术后平均38个月。在随访期间,ODI评分和SF-36评分的改善一直得以维持。在该组病例中,没有一例发生神经损害的并发症。     对于退变性腰椎滑脱病例,不进行融合的微创腰椎管减压术也是一种行之有效的方法。Pao对13例腰椎管狭窄同时合并Ⅰ°腰椎滑脱的病例仅进行微创腰椎管减压。术后所有病例临床效果良好,并未出现滑脱程度加重。Sasai采用单侧入路双侧减压技术治疗了23例退变性腰椎滑脱病例和25例退变性腰椎管狭窄病例。经过两年的随访,虽然退变性腰椎滑脱组的神经源性间歇性跛行评分结果和ODI评分稍差,然而总体来讲,上述两组评分结果相似。在23例退变性腰椎滑脱病例中,有3例病人术后滑脱程度加重≥5%Kleeman应用保留棘突和棘间韧带的减压技术治疗15例合并退变性腰椎滑脱的腰椎管狭窄病人,平均滑移6.7mm。经过平均4年的随访,2例病人滑脱程度和症状加重,12例病人获得良好或极好的临床效果。

  2)、经椎间孔腰椎椎间融合术

  经椎间孔腰椎椎间融合术(TLIF)最早由BlumeRojas提出,HarmsJeszensky推广。该技术是由Cloward最早提出的经后方腰椎椎间融合术(PLIF)演变而来。PLIF手术需要广泛的椎管减压,双侧神经根牵拉来显露腰椎间隙,而TLIF手术是经过椎间孔从单侧显露腰椎间隙, 因而与需双侧完成的PLIF手术相比,TLIF手术对神经结构的牵拉较小。TLIF手术另一个主要优点是通过一个单独的后方切口可以同时完成后方的腰椎管减压和前方的椎间融合。

   Peng等比较了微创TLIF手术和传统开放TLIF手术的临床和影像学结果, 两年随访结果相似,但是微创组最初术后疼痛较轻,康复快,住院时间短,并发症低。Dhall等回顾性比较了各21例的微创TLIF手术病人和传统开放TLIF手术病人,经过两年随访发现,两组临床结果无差异,但是开放组出血量显著增加,住院时间也明显延长。Selznick等认为微创TLIF手术用于翻修病例在技术上可行,并不像最初报道的出血量和神经损害并发症率会增加。然而,翻修病例中硬膜撕裂的发生率较高,因此,微创TLIF手术处理翻修病例是具有挑战性的,应该由微创手术经验丰富的医生完成。

  Kasis等的一项前瞻性研究发现,与传统开放手术相比,有限暴露的微创PLIF手术能够获得更佳的临床效果和更短的住院时间。他认为以下5点(1)脊柱后方结构的保留;(2)避免向横突外侧剥离;(3)双侧关节突关节完全切除;(4)较少的神经损害并发症;(5)避免使用自体髂骨植骨,都与临床效果的改善密切相关。

  后路内镜下椎间盘假体置换手术在不久将来有望有效替代部分融合手术。目前可用的椎间盘置换假体是为全置换设计的,但因为尺寸过大的缘故,无法通过后路内镜手术置入。Ray等开发出一种髓核假体,类似于垫子样作用以维持椎间盘高度。目前已经可获得商业化的髓核假体。Raymedica 等1996年在德国进行了髓核假体的一项临床研究,接着1998年在美国又进行了一项研究。Raymedica等在1999年报道了101例患者接受了髓核植入,尽管Raymedica等报道101例患者中17例发生了植入物的脱出或移位,但绝大部分患者仍获得了疼痛的显著缓解。为尽量减少髓核假体植入后的脱出或移位, 并推进微创椎间盘置换技术的发展,Advanced Biosurfaces(公司)开发了一套使用聚合物、传输球囊和球囊导管以及聚合物注射枪。该聚合物为聚亚安酯,能原位聚合,且与工业聚合的医用品相比,有很强的力学特性。球囊是由弹性物质构成,当进行聚合物注射进入填充时能明显扩张,但球囊仍十分结实。医生可在控制压力下弥散进入椎间隙。该公司进行了大量的体内和体外的实验,证实了该聚合物在膝关节手术中的生物兼容性。这些研究提示可浸出的单体成分很少。在一项尸体椎间盘模型的生物力学研究提示,该物质能维持椎间盘的正常高度和生物力学特性。目前的椎间盘髓核假体可以通过后方开放入或前方腹腔镜入路置入。Ordway等也开发了一种椎间盘置换设施,称为“水凝胶椎间盘髓核”,能在内镜下置入。近期,SaluMedica等开发了一种椎间盘假体叫Salubria,这是一种很强且有弹性的水凝胶,据目前的报道,能减少神经损伤和腰痛相关性的椎间盘突出。据估计,Salubria弹性椎间盘置换将是目前融合手术的一大改进,将为脊柱提供更加符合生物力学特性和自然腰椎运动功能的假体。

  3). 微创骶前入路轴向椎间融合术

  从生物力学立场出发,靠近脊柱屈曲轴放置融合器械,同时行椎体纵向轴向加压是可行的,但由于缺乏可利用的器械和移植物,其发展受到限制。最近,根据一系列尸体和临床研究,经皮从骶前间隙到达腰骶部,避免暴露脊柱前方、后方及侧方的结构,不损伤后方肌肉、韧带及后部椎体组件,也不需进入腹腔或牵拉血管、内脏器官。同时双平面X线透视技术的应用,为术中减少并发症提供了可靠的保证。

  Cragg等首先报道经皮骶前入路(AxiaLIF)L5/S1椎间融合:①在尾骨切迹旁作约4㎜小切口,在X线透视导航下插入导针并沿骶骨前表面上行到达骶1椎体,建立工作通道工作;②切除L5/S1椎间盘并刮除软骨终板,椎间隙植骨;③应用特制的3D钛合金装置植入恢复椎间盘高度,达到神经根孔自动减压;④从后方经皮固定:使L5-S1获得即时360°固定。临床随访发现:经AxiaLIF治疗L5滑脱及L5/S1椎间盘源性腰痛的患者,VASODI评分较术前有明显改善,24小时可以出院,15天内返回工作岗位,无移植物后脱位、松动及骶骨畸形等,12个月融合率为88%。Marotta等进一步行临床研究,结果令人鼓舞,AxiaLIF是一种安全、有效的方法。AxiaLIF需要专门的技术和非常规入路的解剖知识,医生不能到达椎管内,也不能在直视下直接行椎间盘切除术,这对于手术医生来说是一种挑战。

  4 )、侧方腰椎椎间融合术

  腰椎椎间融合是一项非常普遍的技术,它具有如下3个优点:(1)去除作为疼痛来源的椎间盘组织;(2)极高的融合率;(3)恢复腰椎间隙高度和腰椎前凸。腰椎椎间融合包括经前路椎间融合,经后方椎间融合,经椎间孔椎间融合或内窥镜下经腹膜外入路侧方椎间融合。已有文献报道了微创腹膜后经腰大肌途径侧方椎间融合术。这项技术是在神经电生理监护和透视引导下在腹膜后经腰大肌完成, 称为DLIFXLIF微创腰椎融合术。

  由于腰丛位于腰大肌的后半部分内,因此对腰大肌前1/3至前1/2的区域进行有限的剥离可以降低神经损害的风险。此外,术中使用肌电图监护也可以降低神经损害风险。在处理腰椎间隙和植入椎间融合器时应避免破坏骨终板,通过正侧位透视来确定椎间融合器的方向。椎间融合可以通过恢复神经孔高度及脊柱失状位排列来实现对椎间孔的间接减压。根据每一个体的情况来决定是否还需要进行后方融合和减压。 Knight等报道了接受微创侧方腰椎椎间融合术的43例女性病人和15例男性病人的早期并发症:6例术后出现感觉异常性大腿前侧疼痛,2例发生腰L4神经根损伤。

  Ozgur等报道了13例接受单节段或多节段侧方腰椎椎间融合术的病例。所有病人术后疼痛得到明显缓解,功能性评分得到了改善,并且没有并发症的发生。Anand等报道了12例同时接受侧方椎间融合和 L5/S1经骶骨椎间融合的病例。平均融合3.6个节段,Cobb角由术前18.9°矫正至术后6.2°。Pimenta等采用侧方融合技术治疗了39例病人,平均融合2个阶段。侧弯角度由术前平均18°改善至术后平均8°,腰椎前凸角度由术前平均34°增加至术后平均41°。所有病例在手术当天可以下地行走并进行普通膳食。平均失血量小于100ml,平均手术时间200分钟,平均住院时间2.2天。疼痛评分和功能评分术后均得到了改善。Wright等报道了来自于多个研究机构的145例病人,因腰椎退变性疾病接受侧方腰椎椎间融合术。融合的节段从1个到4个(72%为单节段、22%两节段、5%三节段、1%四节段)。椎间支撑物(86%为PEEK材料、8%为同种异体移植物、椎间融合器为6%)分别与骨形成蛋白(52%)、脱矿骨基质(39%)、自体骨(9%)联合使用。20%的手术单独采用椎间融合,23%采用侧方钉棒系统辅助固定,58%使用后方经皮椎弓根螺钉系统辅助固定。平均手术时间为74分钟,平均失血量为88ml。有两例发生短暂的生殖股神经损伤,5例出现暂时的屈髋力量减弱。大多数病人在手术后当天便下地行走,术后第一天即出院。

  在老年腰椎退变性侧弯微创矫正技术方面, Akbarnia等报道了13例病人采用多节段侧方融合治疗大于30°的腰椎侧弯。平均融合三个节段,所有病例均同时进行后方融合和固定。平均随访9个月,腰椎侧凸和前凸均得到了实质性改善。一例因椎间植入物移位需要进行翻修手术,一例在进行侧方融合的切口部位出现切口疝。所有病例术后6个月内腰大肌无力或大腿麻木症状均完全消失, 与手术前相比,短期术后VAS评分,SRS-22评分,ODI评分均得到改善。Anand等在其一组12例病人的研究中,得到了相似的结果86, 融合节段2至8个(平均3.64个),前路操作的平均出血量为163.89ml,后方经皮椎弓根螺钉固定的平均出血量为93.33ml。前路操作的平均手术时间为4.01h,后路操作的平均时间为3.99h Cobb角由术前平均18.93°改善至术后平均6.19°。

  单纯应用椎间融合器行前路融合,由于初期融合节段稳定性不够而增加了假关节形成发生率。近几年来采用后路辅助固定,以提高椎间融合率。后路经皮椎弓根螺钉固定(Sextant)是一种有效方法,其优点是避免后路手术对肌肉的破坏,术中失血少,术后恢复快,可以提高融合率,但操作复杂。经皮关节突螺钉固定术(PFSF)是辅助ALIF的一种有效方式,技术要求不高,费用低,很快得到普及。Kandziora等在体外比较PFSF、经椎板关节突螺钉及椎弓根螺钉固定的生物力学特性,结果发现:腰椎关节突螺钉固定初期生物力学稳定性与经椎板螺钉固定相似,但较椎弓根螺钉固定稍差。Kang等报道在CT导航下行经皮经椎板关节突螺钉(TFS)固定术,所有螺钉都精确植入,没有出现并发症。Jang等回顾性研究PFSF+ALIFTFS+ALIF的随访结果显示:ODIMacnab评分、手术效果及融合率没有统计学差异,但前者手术风险及安全性更高,经皮PFSF可以作为后路椎弓根螺钉固定术一种有效的补充。

5、微创后路内固定技术

  椎弓根螺钉技术应用于脊柱胸腰椎骨折的治疗以来,因其安全性、有效性而在临床广泛应用。但传统开放手术需要广泛组织切开及术中长时间牵拉周围组织,手术创伤大,明显影响患者术后恢复。因此采用微创技术进行胸腰椎椎弓根螺钉内固定逐渐发展起来。最早描述经皮穿刺腰椎外固定术的是Magerl,当时主要用于腰椎临时外固定,2001年Foley等首先报道了Sextant系统的经皮椎弓根螺钉内固定技术。该经皮Sextant椎弓根螺钉内固定系统是利用几何轨迹原理,特有的装棒系统使经皮装棒更加简便和准确,并率先将棒置于肌肉深层,实现了真正意义上的经皮椎弓根螺钉固定。

  微创椎弓根螺钉植入可以采用经皮或旁正中小切口入路实现,其目的都是为了尽量保护多裂肌的功能。经皮椎弓根螺钉植入技术是在透视引导下采用。首先采用Jamshidi套管针进行椎弓根穿刺,将套管针置入椎弓根内后拔出穿刺针,沿套管插入导丝。沿导丝安放序列扩张导管将软组织扩开,然后在导丝的引导下进行攻丝和中空椎弓根螺钉的植入。连接棒采用经皮的方式安放以减少对软组织的损伤。

  微创小切口椎弓根螺钉植入技术是在椎弓根外侧缘稍偏外做一纵向切口,然后在多裂肌和最长肌之间进行分离。在对软组织进行逐级扩张之后,安放工作通道,显露峡部及头侧和尾侧的乳状突,采用高速磨钻开口,然后以椎弓根探子锥入椎弓根。使用中空或非中空椎弓根螺钉均可。在工作通道下可以对峡部,关节突关节,横突去皮质处理以进行植骨融合。

  相比经皮椎弓根螺钉植入技术,微创小切口植入技术虽有如下几个优点:首先可以直视下辨认解剖结构,使用中空或非中空椎弓根螺钉均可。其次,该技术显露出较大的区域来进行后方植骨融合操作。然而,采用微创小切口植入椎弓根螺钉技术极有可能伤及脊神经后支的内侧支,该神经向下走行至尾侧节段的横突,向后方走行发出分支支配多裂肌,横突间肌和横突间韧带,以及头侧节段的关节突关节。因此经过乳突植入椎弓根螺钉时易损伤脊神经后支的内侧支,使得头侧节段的关节突关节失去了该神经的支配。Regev等对两种微创椎弓根螺钉植入技术在尸体上进行比较研究,结果发现微创小切口植入技术更易造成脊神经后支内侧支的损伤。他建议如果想降低邻近头侧节段的多裂肌失神经支配,在邻近头侧节段最好采用经皮植入技术。

  已有研究报道了微创椎弓根螺钉植入技术的安全性和精确度。Ringel等评估了经皮植入在103位病人体内的488个椎弓根螺钉。结果发现仅有3%螺钉的位置不能接受,9个螺钉需要进行翻修重置。所有这些研究均反映了微创后路脊柱固定的安全性和有效性。在对130项研究,植入的37337枚椎弓根螺钉的荟萃分析结果表示,总体的螺钉植入精确度为91.3%

二、脊柱微创手术未来的发展

1. 影像导航手术

  影像导航手术使用先进的计算机系统结合可视化技术,协助外科医生观察患者的内在结构,并定位术中器械的轨迹。术前的诊断图像如CT和MRI让医生能观察所需的局部, 并计划微创手术入路。在术中可通过内镜、透视、超声成像获得即时三维图像, 并提供给手术医生,这样医生能选择手术器械的轨迹而不致损伤健康组织。

  目前的研究和进展主要在以下领域:① 改进术前成像以更好诊断和制订治疗计划; ②建立可信的解剖模型同时配合触觉感知技术和机器人技术; ③ 进行手术模拟教学和培训;④将二维图像和术中即时三维图像精确的融合, 开发新的融合技术,并使用多点成像技术补偿术中脊柱的漂移; ⑤ 将融合、轨迹定位、可视化等技术整合,提供清晰的临床工作界面。

  影像导航手术必将使微创外科手术向更安全和更有效的方向发展。由于操作时间较长,价格昂贵,其临床应用仍然受限。目前的仅限于颈椎椎弓根螺钉置入、复杂脊柱畸形矫正、C1-2小关节螺钉固定和部分腰椎椎弓根钉置入术。微创脊柱手术通过该技术获得显著提高的领域应该是翻修和畸形矫正,在这些情况下解剖的影像标志不清晰。

  选择和校准入点的金标准是术中透视,但该技术存在一些缺陷如射线辐射、在肥胖患者图像模糊。尽管最初的透视导航系统如FluoroNAv辐射较低,并基于CTMR的可视图像,但是操作复杂,图像处理也相当麻烦。然而Foley等在尸体研究中证实了该系统的准确性,而Nolte等证实其适用于临床。近期开发的透视导航系统,如Fluoro Trek是电磁的,使它更为通用和操作简单。Choi等比较了基于电磁的透视导航系统(Fluorotactic)和基于CT的导航系统在椎弓根螺钉固定上的区别。他们发现在皮质穿破的率上,传统的基于CT的导航系统和透视导航系统没有显著差异,但透视导航系统无法提供CT导航系统的更即时的图像。它能提供多平面的配准并指导手术器械的轨迹,但不幸的是,它无法补充较差图像质量,如肥胖,或是无意中放置了不透X线的物品。另外,正确的投射位置也尤为重要,可避免侧位和前后位图像变形。

  由于使用相对简单,能提供即时图像,以及方便采集图像,三维超声导航引导技术已被应用于内镜和定向手术。通过经皮途径置入细纤维、即时的超声探头用于探测椎间盘碎裂或是椎间盘内异常,例如小的囊性肿瘤。近期,Guiot等认为基于超声的三维即时影像导航系统能应用于脊柱手术,该系统使用标准的可视轨迹和三维超声成像技术。有类似于CT导航系统的准确性。但仍需进一步改进图像解析度,并增加一个细小的内镜光纤以改进三维超声导航系统的准确性。

  目前将不同的成像技术结合起来能提供更好的图像。其中一个例子就是使用即时成像技术如透视或超声影像导航系统。Marz等在尸体研究中证实了被动标志加自动配准的CT透视导航系统。Haberland等联合使用了不同的导航系统和术中CT相结合, 他们发现联合使用使导航更为简单,而准确性提高到0.8mm±0.4mm。这样联合应用可改善准确性,提高影像工具的可操作性。

  今后影像导航系统最重要的改进应该是精确性和注册速度。尽管许多报道宣布了各种导航系统的精确性,但大部分都未确认术中±1mm的精确度,但这一精确度非常重要,且已经在颅脑手术中获得。出错的首要原因是不正确的配准方法和运算法则。影像配准可采用好几种方法进行:定向(机械)、基于基准标志物、解剖标志、和基于表面以及基于影像。大部分脊柱导航系统采用解剖标志和基于表面,这样能触摸硬性解剖标志的表面进行配准,同时匹配到术前三维模型的表面上。该方法需要清楚的骨性解剖结构,并要在术中手术显露, 不但操作麻烦,而且增加手术创伤。目前已经开始尝试基于基准的配准方式。Winkler等报道使用脊柱标志能提高准确度,他们使用细小的可置入基准标志物,在成像前经皮置入。Glossop等对经皮表面配准和经皮追踪性基准标志物配准的方法进行了对比研究,尽管他们使用的基准标志物不象Winkler的那么小,研究者相信基于基准标志物的配准方式比表面配准更加精确和可信。

  目前市场上可获得的影像导航系统是动态配准的光学系统。因为手术视野的限制和附加的可视追踪装置,使用起来比较麻烦。近期NDI公司开发了一种新型的磁追踪系统,叫做AURORA,能准确的进行即时处理,具备弹性(10个以上追踪感受器,有6°的活动度)且结果可信。这些技术的应用将使影像导航脊柱手术更为简单和易于操作。Zaaroor等认为体内或体外使用Magellan电磁导航系统进行术中颅内导航是有效的。该系统能无需直视下准确定位病变,使手术医生能使用可弯曲的手术器械操作。不久的将来就会有基于CTMRI的电磁导航系统应用于脊柱。 

  未来的影像导航脊柱手术系统必须和图形使用界面相整合,使之符合人体工程学,更容易操作,并采用性价比高的技术如透视或超声成像。设计的改进、医生的检测和认证将进一步改进未来的微创脊柱手术。

2 . 机器人手术

  尽管机器人脊柱手术尚处于它的婴儿早期发展阶段,但它已经能用于提高手术的安全性和有效性,尤其是在远程医学领域。机器人可充当手术助手,进行复杂的微创手术,或协助医生缺乏的边远地区或战场完成外科手术。这些系统的临床应用仍处于发展和评测当中。其中一种是声控机器臂(光学定位自动内镜系统(AESOP)),能用于把持内镜和其他设备。AESOP是第一个FDA认证的能用于手术室的外科手术机器人,配置有世界第一的声控界面。外科医生能口述指令控制机器臂,来操控内镜在手术野中的位置。

  另一个正在开发的机器人系统能让外科医生坐在控制面板前,在操作手术器械时能同时看到计算机加强的显示图像。(Zeus系统,Computer Motion 公司,Goleta,CA)Zeus系统正用于内镜下冠状动脉短路移植手术的评估。

  Intuitive Surgical公司制造了Da Vinci手术系统,能在1cm大小的切口内进行手术,包括医生控制部件、高清晰成像系统,专用器械。医生能舒舒服服的坐下操作控制部件,用指头操作器械的控制部,手腕自然放置, 观察手术野的三维成像, 同时进行手术。系统能将医生的动作准确即时的解读为患者体内的操作。该系统已经用于腹腔镜手术操作如胆囊切除术,以及普外的胸腔镜手术如乳房内动脉转位术,在不久将来即可用于脊柱手术。

  骨科手术通常会涉及硬质的骨头,而这尤其适合于自动机器人手术,Technoin公司(Haifa,Israel)开发了一种机器人能进行膝关节置换手术。其他的系统,如HipNavRobodoc也能用于骨科手术,如髋关节置换。Le Roux等报道了在大鼠模型上机器人协助微创手术系统(RAMS)的可行性。Z-KAT开发了FGS WAM(全机器臂操控透视导航系统)装置,使用其专利的电磁导航技术和机器臂技术相结合,能让外科医生使用触觉、物理导引和影像导引。这样临床医生能专注于手术野而不是监视器。该系统的独特的触觉感知技术(数码触觉)可以让医生和系统协同工作。这是目前唯一能将影像导航和机器人协助统一起来进行椎弓根螺钉固定的系统。尽管还没有尝试过机器人协助的微创脊柱手术,但存在很大的潜力,有望改善医生进行一系列微创手术的效能。机器人系统能强化外科医生的能力,在微创手术中,更安全的切除脊柱病变的组织。

  改变脊柱微创手术操作需要投资大量时间、金钱和精力。只有某些技术能明显优越于传统手术时,大部分传统脊柱外科医生才会乐于学习新技术。脊柱微创手术的学习曲线是陡峭的,需要外科医生掌握许多手术技巧,如专用设备、器械的使用,确定正确的适应征选择,选择正确的治疗方法,并知晓每种选择的风险和缺陷。不管操作有多少风险,每种手术的操作能力因人而异。而该领域仍缺乏专业化的培训,我们建议将微创技术加入外科住院医生的培训计划内。可以采用改进的虚拟现实和三维模型上的手术模拟来加强培训,这样在学习过程中不致给患者带来危险。

  虚拟三维物理模拟是基于特异性患者的图像,且能用于模拟组织行为。Radetzky等使用神经发生模型通过“流体动力学模型”的计算机程序模拟组织。该程序能模拟病变的视觉、触觉反馈,并通过图形使用界面调整。通过一个强化反馈装置类似于现实的腹腔镜器械,可对虚拟脊柱畸形进行手, 而且可以感知反馈的触觉。该技术也能用于内镜脊柱手术的训练。手术模拟技术目前正在进行妇产科腹腔镜手术和尸体手术的评估,而此前,已经用于麻醉专业的训练。

展望

  近十年来,微创技术的研究和临床应用取得了很大的进步,临床随访结果令人振奋,但也有许多问题需要改进:如何进一步降低并发症,能否研制出更适合于微创植入的椎间融合器,如何降低微创技术的学习曲线以利于微创手术的普及等。微创手术远期临床效果目前报道甚少,尚需进一步跟踪随访。虽然微创手术创伤较小,但并不代表手术的风险更小,相反外科医生承担了更大的手术难度和风险,需要微创脊柱外科医生熟悉脊柱周围的三维解剖,严格掌握微创手术的适应症,在临床实践中不断总结经验,伴随新的器械、新的生物制剂和先进影像设备、高精尖机器人系统的不断发展,有望推动一场微创脊柱外科手术新的革命。

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