COA2011 微创脊柱外科的发展现状与展望

2011-12-09 文章作者:shenjie 点击量:2629   我要说

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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。随着显微镜技术的发展,组织牵开器及一些特殊手术器械的出现,外科医生可以通过一个小切口来完成以往的手术操作。与开放手术相同,微创手术的目的同样是对神经结构进行充分减压,稳定脊柱运动节段,以及脊柱畸形的矫正。本文概述了微创脊柱外科的发展现状,并对后路腰椎管减压及后外侧融合技术的关键生物学概念进行讨论。
一、传统腰椎手术面临的问题
腰椎微创后路手术建立在以下几个重要概念之上:(1)避免自动撑开器对肌肉的挤压伤,(2)避免剥离和切断重要肌肉的腱止点,尤其是多裂肌在棘突上的止点,(3)尽量利用重要的神经血管和肌肉解剖间隙入路,(4)通过减小工作通道的宽度来降低对周边软组织的损伤。
脊柱后路微创手术的一个重要目标是降低对后方两组椎旁肌肉的损伤。(1)一组是深层的旁正中横突棘肌群,包括多裂肌,棘间肌,横突间肌和短回旋肌。(2)另一组是较表浅的侧方竖脊肌群,包括最长肌和髂肋肌。这些肌肉从胸腰段脊柱开始一直延伸到尾端。其中多裂肌在脊柱动态稳定的维持中发挥着尤其重要的作用。
传统的经后路腰椎管减压和融合手术对椎旁软组织造成了不同程度的损伤。传统手术操作范围大,多裂肌的腱止点部位被广泛剥离,自动牵开器的使用造成肌肉的挤压伤,所有上述操作都有可能导致肌肉萎缩,继而造成肌肉力量的减弱。Kim等比较了传统开放固定手术和经皮固定手术病人的躯干肌肉强度,结果发现接受经皮固定手术的病人其腰椎伸肌力量改善了50%,然而开放手术病人无改善。
在进行脊柱翻修手术病人的肌肉活检组织中可以发现选择性的Ⅱ型肌纤维萎缩,广泛的肌纤维重组(一种神经再支配的表现)以及肌纤维虫蛀样改变。导致上述病理改变的一个重要原因是术中自动撑开器的使用。Kawaguchi等认为自动撑开器对椎旁肌肉的挤压损伤机制同止血带对四肢肌肉的损伤类似。在自动撑开器的使用过程中,椎旁肌内压力升高,继而导致肌肉内血液灌注的减少。肌肉损伤的程度与肌肉内压力和牵拉时间呈正相关。Stevens采用磁共振评估了手术后多裂肌的改变。手术后6个月,接受传统开放TLIF手术病人呈现出明显的肌肉内水肿,然而采用小切口TLIF手术的病人,术后肌肉的MRI表现几乎正常。Tsutsumimoto等亦应用MRI评估比较了传统后正中切口的PLIF手术,小切口Wiltse入路的PLIF术病人的术后多裂肌改变。与后正中切口相比,采用小切口Wiltse入路可以显著降低术后多裂肌的萎缩和肌肉内T2信号强度的升高。
导致传统术后肌肉退变和萎缩的另一机制是肌肉的失神经支配。多裂肌的神经支配是单节段的,这一特点使得该肌肉很易造成失神经支配。对肌肉的长时间牵拉导致神经肌肉连接部的损伤亦会导致肌肉的失神经支配。有研究对腰椎手术失败综合症的病人进行肌肉活检,结果同样发现显著的慢性肌肉失神经支配。
对软组织的损伤不但能够造成手术局部的损伤反应,也可造成全身系统性的影响。Kim等比较了接受微创脊柱融合手术和传统开放手术病人血液循环中组织损伤标志物水平,结果发现与微创手术病人相比,开放手术病人的肌酸激酶,二磷酸果糖酶,促炎症细胞因子(IL-6IL-8),抑炎症细胞因子(IL-10IL-1受体拮抗剂)水平出现成倍的改变。在微创手术组,大多数的标志物在术后3天便回到了基线水平。而开放手术组,需7天时间。甘油磷脂是细胞膜的基本结构,而甘油是甘油磷脂的重要组分。当细胞膜的完整性被破坏,甘油便被释放到组织液中去。Ren研究发现,对于接受腰椎后外侧融合手术的病人,其椎旁肌肉中的甘油浓度显著高于其三角肌内的浓度。
微创脊柱外科的另一重要目标是对骨性结构进行有限切除,进而减少术后脊柱失稳的可能。在传统的全椎板切除术中,关节突关节完整性遭到破坏,加上中线棘突间韧带-肌腱复合物的丧失会导致脊柱的屈曲不稳定。为了克服由此带来的潜在脊柱失稳的可能,半椎板切除术应运而生,继而保留了棘突结构,相应的多裂肌在棘突上的腱性止点,以及棘上韧带和棘间韧带。有限元分析表明尽量减少对骨性结构和韧带组织的切除可以最大限度的保留腰椎正常的运动功能。
二、微创腰椎减压
1、微创通道下显微椎间盘髓核摘除术
通过微创通道下进行显微椎间盘髓核摘除术,治疗椎间盘突出症是目前美国最常应用的微创脊柱外科技术。这套系统由FoleySmith 发明,由一系列同心扩张套管和不同长度的薄壁管状工作通道组成。经典工作通道的直径为18mm,手术通常是在工作通道下采用显微镜完成。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,微创通道下手术安全有效。
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打开以显露出行根,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。
2、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。一项初步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,其并发症发生率较高。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评分平均改善了72%。手术后并发症发生率较低,与开放手术对照组相比,术中失血量减少,术后止痛药物的需要量降低,住院时间缩短。存在25%并发症发生率,其中包括4例硬膜撕裂,3例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。
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组相比,微创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1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1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30.23,腿痛的VAS评分平均降低6.02。
Asgarzadie Khoo 报道了48例通过微创腰椎管减压治疗腰椎管狭窄症的病例。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6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1例发生神经损害的并发症。
微创脊柱外科技术可能更适合于老年,体弱或肥胖的病例。在一项回顾性病例研究中,Tomasino分别对一组肥胖病人和正常病人采用扩张通道进行单节段显微腰椎间盘髓核摘除术或椎板切除术,对两组病例的手术结果比较发现,在手术切口长度,手术时间,失血量和并发症率方面,两组之间无显著性差异。
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许是一种行之有效的方法。Pao对13例腰椎管狭窄同时合并Ⅰ度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,两组上述两种评分结果相似。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。
3、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椎间隙,而TLIF手术是经过椎间孔从单侧显露椎间隙。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手术的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,并发症发生率低。Dhall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发生率会增加。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的一项前瞻性研究发现,与传统开放手术相比,有限暴露的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。
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,具有如下3个优点:(1)去除作为疼痛来源的椎间盘组织;(2)高融合率;(3)恢复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腔隙经腰大肌完成的。
在L4/L5水平以下,髂骨翼阻挡了从侧方显露椎间隙。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股痛,2例发生L4神经根损伤。
Ozgur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度矫正至术后6.2度。Pimenta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度改善至术后平均8度,腰椎前凸角度由术前平均34度增加至术后平均41度。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。在一更大宗的病例中,Wright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,58%使用后方椎弓根螺钉系统。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。
Akbarnia报道了13例病人采用多节段侧方融合治疗大于30度的腰椎侧弯。平均融合3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。1例因椎间植入物移位需要进行翻修手术,1例在进行侧方融合的切口部位出现疝。所有病例在术后6个月内腰大肌无力或大腿麻木,无力症状均消失。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在其一组12例病人的研究中,得到了相似的结果。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(标准差为105.41ml),后方经皮椎弓根螺钉固定的平均出血量为93.33ml(标准差为101.43ml)。前路操作的平均手术时间为4.01h(标准差为1.88h),后路操作的平均时间为3.99h(标准差为1.19h)。 Cobb角由术前平均18.93度(标准差为10.48度)改善至术后平均75天时的6.19度(标准差为7.20度)。
5、微创后路固定技术
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。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。连接棒可以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,横突做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技术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能够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评估了经皮植入在103例病人体内的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%。
6、局限性和缺点
① 射线照射
在所有的微创椎弓根螺钉植入技术中,经皮植入技术对软组织的损伤最小,因此常被应用于单节段或多节段的融合手术。然而该技术的应用依赖于术中多维透视监测。采用先进的多维透视设备,在一个节段上植入两枚椎弓根螺钉需要十分钟或更长时间,然而应用侧方透视方法完成一个节段的时间不到5分钟。随着应用先进多维透视设备所带来的植入时间延长,射线的累计暴露量也相应增加。
有研究报道透视引导下植入椎弓根螺钉使外科医生接受的射线剂量是非脊柱骨科手术所接受射线量的10至12倍。尽管如此,由于C臂所带来的便利和高度精确性,使得术中透视监测已成为先进的微创脊柱外科手术的必要组成部分。一项前瞻性研究分析了接受微创TLIF手术的24例病人的射线暴露量,结果提示每例病人的平均照射时间为1.69分钟(0.82~3.73分钟),作者认为与一般透视监测下的介入操作相比,该射线暴露量较低。Kim的研究表明在微创TLIF手术中使用导航辅助可以使外科医生在图像获取时离开手术区域,从而显著的减少射线暴露量。除了能够减少射线暴露外,应用导航还能够避免使用累赘的铅衣保护,且术后不需要透视。
② 微创脊柱外科手术的学习曲线
操作技术上的难度和缺乏足够的训练机会阻碍着微创脊柱外科技术的广泛应用。Webb的一项调查显示,大多数的脊柱外科医生认为微创脊柱外科技术是有效的,并且希望自己能够开展更多的脊柱微创手术。然而因为上述两点的限制,大多数的医生并没有继续开展脊柱微创手术。Nowitzke评估了微创工作通道下减压手术的学习曲线,在他们开展的头7个病例中有3例中途转换为开放手术,然而在随后的28例中没有1例转换。Villavicencio发现脊柱微创手术具有更高的手术期间并发症发生率。Dhall发现具有较高的器械相关的并发症发生率。Peng报道和开放TLIF相比,微创TLIF手术时间更长。为了改善微创脊柱外科手术的学习曲线则需要更好的理解手术操作过程中最具挑战的部分,从而研发出更合适的手术器械,此外完善培训技巧也非常重要。
综 述
脊柱后方的各组肌群紧邻脊柱结构并且通过肌腱止点与脊柱相连,从而对脊柱后方结构起到动态稳定的作用。人类脊柱节段的稳定及运动通过主动和被动方式得以控制。多裂肌是一个强大的脊柱“稳定器”,其肌纤维短且强大,因而通过很短距离的收缩便会产生很大的力量。传统的后正中切口开放手术由于对肌腱止点的剥离,对肌肉血供的阻断以及对肌肉组织的挤压,严重影响了多裂肌的功能。发展微创脊柱外科技术的初衷即为通过减少手术损伤来保存肌肉的正常功能。该技术的原理为在安全的显露手术区域的前提下,以尽量减少对正常解剖结构的破坏,以维持其正常功能。传统的自动撑开器由于会对肌肉造成挤压伤,已逐渐被固定在手术台上的管形牵开器取代,进而减少对肌肉,血管,神经的压力。随着微创脊柱外科技术的不断发展,开展前瞻性长期临床研究以正确评估不同微创技术的风险和益处便显得非常重要。
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