脊柱側彎Cobb角測量與腰椎橫突之間變異性的相關性研究進展

趙友辰,陸曉生

(1.右江民族醫學院研究生院,廣西 百色 533000;2.新鄉醫學院第三附屬醫院)

研究顯示,青少年特發性脊柱側彎(AIS)目前的病理機制仍是未解之謎,而其主要表現為冠狀面脊髓側彎超過10°,并且可能會影響矢狀面及橫面,而且這種疾病的癥狀往往會在10歲左右出現,此時人們的身體機能基本達到最佳狀態[1-2]。一個多世紀以來,AIS是一種復雜的胸椎和腰椎三維變形,其特征為側偏、旋轉和相對前凸。先前報道的AIS的一個有趣的方面是脊柱的前側比后側長[3-8]。然而,尚不清楚這種前后長度差異是由于前部相對延長還是后部相對縮短造成的,也不清楚這種差異是否發生在椎體或椎間結構中。但這種所謂的相對脊髓前過度生長(RASO)被認為是AIS發病機制的一部分[9]。

1 傳統AIS的治療方法

AIS是一種危及人類健康的惡性腫瘤,其對人類的身高、健康狀況、智力、精神狀態都產生了極其惡劣的影響。如未及時進行診斷和治療,AIS的惡化將更加明顯,對人類的健康造成更大的威脅,并對家庭和社會造成更多的財務損失。當前,AIS的醫療方法一般分為保守預防和手術治療。盡管保守預防可以在部分情況下緩解AIS的癥狀,但由于患者的遵醫意愿較低,以及可能出現的更嚴重的不良反應,這種方法仍難以取得成功。近些年來有文獻指出孩子在佩戴支具時會哭鬧,這使堅持治療變得有些困難[10]。通過外科手術可以幫助患者改善其脊椎,包括修整畸形、緩解神經壓力、重建脊椎結構[11]以及調整脊椎平衡,有趣的是關于脊柱畸形治療的第一個記載是寫于公元前3 500年～公元前1 800年之間的古印度史詩《斯里馬德·巴瓦·摩哈普拉納姆》,其中有一段描寫了奎師那神用軸向牽引法矯正他的信徒庫比賈的駝背。目前在此方面的研究取得了很大的進步。支具、后路脊柱融合術和內固定、前路脊柱融合術和內固定、胸腔鏡脊柱側彎手術和無融合脊柱側彎矯正都是治療脊柱側彎的有效方法[12-17]。在治療脊柱畸形時,椎弓根釘棒技術仍然被廣泛應用,其不僅提供了一種更加安全、高效的治療方法,還為患者提供了更多的選擇及更多的安全保障[18]。然而,由于椎弓根釘棒技術的使用,患者仍會面臨著一定的血管神經損傷,因此,在進行椎弓根釘棒治療時,必須特別注重血管神經損傷的預防[19-20],以免造成更為嚴重的后果。CT 檢查顯示,被突然插入的螺絲會導致嚴重的神經系統及椎動脈受到嚴重的影響[21],從而出現明顯的臨床表征。此外,脊柱側彎的畸形本質上是三維的,有效的矯正涉及所有三個平面。手術治療脊柱側彎的長期結果不僅取決于冠狀面矯正,還取決于矢狀面曲線的恢復[22-24],椎體旋轉、矢狀位不平衡和側彎被認為是脊柱側彎的因素,在手術矯正畸形時需要單獨處理。但有時外科醫生在通過后路或前路或聯合入路進行干預后,即使在全套術前調查后,也不能達到預期的矯正效果。為解決這些問題,本研究會繼續致力于尋找更好的評估和治療脊柱側彎的工具[25]。

2 新型脊柱矯正系統

2.1改良橫突鉤的優點:脊柱矯正系統經歷了多年的演變與發展,直至今日都或多或少存在著一些弊端,本研究發現隨著數字化導航技術和神經電生理廣泛應用,置釘準確率大為提高,手術風險已顯著降低[26]?？梢酝ㄟ^記憶合金鉤固定一個椎體的橫突形成內固定矯正系統中的一個有限元,多個有限元通過萬向頭和矯形棒連接形成的內固定系統能夠有效矯正脊柱畸形?？茖W價值和意義在于利用脊柱側彎的有限元分析探索一種非椎弓根螺釘內固定系統,減少和避免椎弓根內固定系統治療脊柱側彎手術中較多的置釘不良等手術并發癥不會侵入椎管,減少創傷,加速患者術后康復。有學者結合相關研究基礎,研制一套新型鉤棒脊柱矯正系統作為椎弓根釘棒系統的有益補充或個體化選擇,對其生物力學進行研究,結果顯示相比于椎弓根釘棒系統,改良的橫突鉤棒系統能提供脊柱在冠狀面和水平面上類似的穩定性,還可保留矢狀面部分活動[27-31]。本研究將重點研究并揭示新型系統的生物力學機制,闡明其在安全性和有效性設計上的理論依據及機制,為相關骨科器械的設計提供新的思路和方法。本研究通過前期研究發現新型系統不但安全、有效、簡便,而且對Cobb角的矯正、去旋轉的矯正等方面作用亦顯示出一定優勢,具有更廣闊的應用前景。由于Cobb角測量方便并具有可重復性的特點,因此是評價脊柱畸形嚴重程度、預測脊柱畸形進展、選擇治療方式以及評價手術效果的常用方法。

2.2Cobb角的獨特優勢:Cobb角是了解疾病過程中最重要的指標,其可以幫助本研究更好地評估AIS的發病情況以及其對患者的健康影響[32]。脊柱側彎研究學會(SRS)建議,Cobb角應該作為一項重要的指標[33],以便更好地評估患者的病情,并且在治療結束時,Cobb角的變化應該在5°以內。脊柱側彎矯形與康復治療學會(SOSORT)的共識也認識到在保守治療中監測Cobb角變化的重要性。而在手術矯形治療上Cobb角用于定量評估脊柱側彎,并且Cobb角及其進展是決定脊柱側彎治療的重要因素。同時Cobb角也是脊柱側彎疾病評估的重要指標。通過使用傳統的技術,本研究能夠精確地測量Cobb角。本研究需要通過放射線影像來ACK整個脊柱的頂部、底部或底部的椎骨,在每個頂部或底部的終點線附近繪制一條垂線,并將兩條垂線的夾角作為Cobb角。根據Cobb角與頂部、底部椎骨的傾斜度的平衡來精確地測量脊柱側彎。無論脊柱側彎多么復雜,Cobb角的測量都是通過基于在冠狀面或矢狀面上的成像完成的[34]。Cobb角與冠狀面棘突角及頂椎旋轉密切相關[35]。改進對脊柱側彎大小的評估有可能減少必要射線照射劑量,加快患者的就診時間并確保Cobb角計算的可靠性[36]。三維CT重建被認為是評估體內結構形態的“金標準”。通過將Cobb角表現為一個長度,外科醫生可以預測并準確地實現所期望的脊柱側彎矯[25]。Cobb角>10°表示存在脊柱側彎,10°～25°表示需要定期復查,25°～45°表示需要矯形。Cobb角>45°表示需要手術干預。兩次放射線檢查Cobb角>5°表明脊柱側彎畸形處于進展期[37]。因此,Cobb角>5°的測量誤差可能會影響診斷和治療結果。同一患者Cobb角的測量總是存在差異,這與患者的體位和攝影角度有關。利用Cobb角等于上下端椎體傾斜角之和的原理,可以準確、快速地測量脊柱側彎Cobb角,且不易污染影像學的影像數據。在特殊條件下,平均測量誤差為±3°。Cobb角參與脊柱側彎的診斷和治療決策。因此,科布角測量的可靠性和準確性至關重要[38]。脊柱側彎的患者兩側橫突厚度差值、寬度差值及長度差值的變異系數也會隨著Cobb角度的變化而變化,因此本研究有必要去探究其間的關系。

3 Mimics測量工具的引入

近年來,隨著 CT 影像技術的廣泛應用,楊衛周等成功地重建了重度先天性脊柱側彎的三維影像,并使用 Digimizer 軟件進行了二維平面的Cobb角測量。此外,學者們也開始關注數字化三維技術的發展,將這些影像資料導入自己開發的測量軟件,從而獲得了三維空間的 Cobb 角。Mimics(Materialise)是一款由比利時公司開發的三維醫學影像重建軟件,其能夠實現對骨科影像的三維重建,并且可以實現對三維 CT 模型的精確操作。本研究重建一個三維圖像的幻影,用于評估幻影的視覺(圖1)[39]。所以通過Mimics軟件測量脊柱側彎Cobb角度與橫突的關系可對目前患者的病情評估提供新的思路與方向。本研究開發了這種全新的脊椎矯形技術,其使用了鉤狀結構,將骨突緊緊地纏繞在一起,形成了穩定的結構。本研究精準地測量了骨突的長度、寬度,特別關注了骨突外2/3處,此處是骨突鉤經常接觸的地方。通過精準的測量,可以準確地識別出橫截面的尺寸、大小、深淺,明確橫突根部定義以及寬度和厚度的測量部位,從而達到測量的同一性[40]。

圖1 三維圖像的幻影

本研究還對脊柱側彎Cobb角與兩側橫突厚度差值、寬度差值的關系進行深入研究,從選取患者的Cobb角來進行分組[41],然后根據試驗結果為新型脊柱矯正系統橫突鉤對不同脊柱側凸患者的橫突切合差異化設計提供依據,為新型脊柱矯正系統橫突鉤的鉤型設計提供解剖學依據及手術入路及安裝方法提供臨床參考。

4 小結

通過引入先進的改良技術,本研究期望能夠開發出一種更加簡單、安全、高效且易于在基層醫療機構中推廣的脊柱矯正方法,從而為脊柱側彎的患者帶來福音。但本研究針對的該項研究仍處在試驗階段,仍需要更多的數據來支持。