脊柱侧弯Cobb角测量与腰椎横突之间变异性的相关性研究进展

赵友辰,陆晓生

(1.右江民族医学院研究生院,广西 百色 533000;2.新乡医学院第三附属医院)

研究显示,青少年特发性脊柱侧弯(AIS)目前的病理机制仍是未解之谜,而其主要表现为冠状面脊髓侧弯超过10°,并且可能会影响矢状面及横面,而且这种疾病的症状往往会在10岁左右出现,此时人们的身体机能基本达到最佳状态[1-2]。一个多世纪以来,AIS是一种复杂的胸椎和腰椎三维变形,其特征为侧偏、旋转和相对前凸。先前报道的AIS的一个有趣的方面是脊柱的前侧比后侧长[3-8]。然而,尚不清楚这种前后长度差异是由于前部相对延长还是后部相对缩短造成的,也不清楚这种差异是否发生在椎体或椎间结构中。但这种所谓的相对脊髓前过度生长(RASO)被认为是AIS发病机制的一部分[9]。

1 传统AIS的治疗方法

AIS是一种危及人类健康的恶性肿瘤,其对人类的身高、健康状况、智力、精神状态都产生了极其恶劣的影响。如未及时进行诊断和治疗,AIS的恶化将更加明显,对人类的健康造成更大的威胁,并对家庭和社会造成更多的财务损失。当前,AIS的医疗方法一般分为保守预防和手术治疗。尽管保守预防可以在部分情况下缓解AIS的症状,但由于患者的遵医意愿较低,以及可能出现的更严重的不良反应,这种方法仍难以取得成功。近些年来有文献指出孩子在佩戴支具时会哭闹,这使坚持治疗变得有些困难[10]。通过外科手术可以帮助患者改善其脊椎,包括修整畸形、缓解神经压力、重建脊椎结构[11]以及调整脊椎平衡,有趣的是关于脊柱畸形治疗的第一个记载是写于公元前3 500年～公元前1 800年之间的古印度史诗《斯里马德·巴瓦·摩哈普拉纳姆》,其中有一段描写了奎师那神用轴向牵引法矫正他的信徒库比贾的驼背。目前在此方面的研究取得了很大的进步。支具、后路脊柱融合术和内固定、前路脊柱融合术和内固定、胸腔镜脊柱侧弯手术和无融合脊柱侧弯矫正都是治疗脊柱侧弯的有效方法[12-17]。在治疗脊柱畸形时,椎弓根钉棒技术仍然被广泛应用,其不仅提供了一种更加安全、高效的治疗方法,还为患者提供了更多的选择及更多的安全保障[18]。然而,由于椎弓根钉棒技术的使用,患者仍会面临着一定的血管神经损伤,因此,在进行椎弓根钉棒治疗时,必须特别注重血管神经损伤的预防[19-20],以免造成更为严重的后果。CT 检查显示,被突然插入的螺丝会导致严重的神经系统及椎动脉受到严重的影响[21],从而出现明显的临床表征。此外,脊柱侧弯的畸形本质上是三维的,有效的矫正涉及所有三个平面。手术治疗脊柱侧弯的长期结果不仅取决于冠状面矫正,还取决于矢状面曲线的恢复[22-24],椎体旋转、矢状位不平衡和侧弯被认为是脊柱侧弯的因素,在手术矫正畸形时需要单独处理。但有时外科医生在通过后路或前路或联合入路进行干预后,即使在全套术前调查后,也不能达到预期的矫正效果。为解决这些问题,本研究会继续致力于寻找更好的评估和治疗脊柱侧弯的工具[25]。

2 新型脊柱矫正系统

2.1改良横突钩的优点:脊柱矫正系统经历了多年的演变与发展,直至今日都或多或少存在着一些弊端,本研究发现随着数字化导航技术和神经电生理广泛应用,置钉准确率大为提高,手术风险已显著降低[26]。可以通过记忆合金钩固定一个椎体的横突形成内固定矫正系统中的一个有限元,多个有限元通过万向头和矫形棒连接形成的内固定系统能够有效矫正脊柱畸形。科学价值和意义在于利用脊柱侧弯的有限元分析探索一种非椎弓根螺钉内固定系统,减少和避免椎弓根内固定系统治疗脊柱侧弯手术中较多的置钉不良等手术并发症不会侵入椎管,减少创伤,加速患者术后康复。有学者结合相关研究基础,研制一套新型钩棒脊柱矫正系统作为椎弓根钉棒系统的有益补充或个体化选择,对其生物力学进行研究,结果显示相比于椎弓根钉棒系统,改良的横突钩棒系统能提供脊柱在冠状面和水平面上类似的稳定性,还可保留矢状面部分活动[27-31]。本研究将重点研究并揭示新型系统的生物力学机制,阐明其在安全性和有效性设计上的理论依据及机制,为相关骨科器械的设计提供新的思路和方法。本研究通过前期研究发现新型系统不但安全、有效、简便,而且对Cobb角的矫正、去旋转的矫正等方面作用亦显示出一定优势,具有更广阔的应用前景。由于Cobb角测量方便并具有可重复性的特点,因此是评价脊柱畸形严重程度、预测脊柱畸形进展、选择治疗方式以及评价手术效果的常用方法。

2.2Cobb角的独特优势:Cobb角是了解疾病过程中最重要的指标,其可以帮助本研究更好地评估AIS的发病情况以及其对患者的健康影响[32]。脊柱侧弯研究学会(SRS)建议,Cobb角应该作为一项重要的指标[33],以便更好地评估患者的病情,并且在治疗结束时,Cobb角的变化应该在5°以内。脊柱侧弯矫形与康复治疗学会(SOSORT)的共识也认识到在保守治疗中监测Cobb角变化的重要性。而在手术矫形治疗上Cobb角用于定量评估脊柱侧弯,并且Cobb角及其进展是决定脊柱侧弯治疗的重要因素。同时Cobb角也是脊柱侧弯疾病评估的重要指标。通过使用传统的技术,本研究能够精确地测量Cobb角。本研究需要通过放射线影像来ACK整个脊柱的顶部、底部或底部的椎骨,在每个顶部或底部的终点线附近绘制一条垂线,并将两条垂线的夹角作为Cobb角。根据Cobb角与顶部、底部椎骨的倾斜度的平衡来精确地测量脊柱侧弯。无论脊柱侧弯多么复杂,Cobb角的测量都是通过基于在冠状面或矢状面上的成像完成的[34]。Cobb角与冠状面棘突角及顶椎旋转密切相关[35]。改进对脊柱侧弯大小的评估有可能减少必要射线照射剂量,加快患者的就诊时间并确保Cobb角计算的可靠性[36]。三维CT重建被认为是评估体内结构形态的“金标准”。通过将Cobb角表现为一个长度,外科医生可以预测并准确地实现所期望的脊柱侧弯矫[25]。Cobb角>10°表示存在脊柱侧弯,10°～25°表示需要定期复查,25°～45°表示需要矫形。Cobb角>45°表示需要手术干预。两次放射线检查Cobb角>5°表明脊柱侧弯畸形处于进展期[37]。因此,Cobb角>5°的测量误差可能会影响诊断和治疗结果。同一患者Cobb角的测量总是存在差异,这与患者的体位和摄影角度有关。利用Cobb角等于上下端椎体倾斜角之和的原理,可以准确、快速地测量脊柱侧弯Cobb角,且不易污染影像学的影像数据。在特殊条件下,平均测量误差为±3°。Cobb角参与脊柱侧弯的诊断和治疗决策。因此,科布角测量的可靠性和准确性至关重要[38]。脊柱侧弯的患者两侧横突厚度差值、宽度差值及长度差值的变异系数也会随着Cobb角度的变化而变化,因此本研究有必要去探究其间的关系。

3 Mimics测量工具的引入

近年来,随着 CT 影像技术的广泛应用,杨卫周等成功地重建了重度先天性脊柱侧弯的三维影像,并使用 Digimizer 软件进行了二维平面的Cobb角测量。此外,学者们也开始关注数字化三维技术的发展,将这些影像资料导入自己开发的测量软件,从而获得了三维空间的 Cobb 角。Mimics(Materialise)是一款由比利时公司开发的三维医学影像重建软件,其能够实现对骨科影像的三维重建,并且可以实现对三维 CT 模型的精确操作。本研究重建一个三维图像的幻影,用于评估幻影的视觉(图1)[39]。所以通过Mimics软件测量脊柱侧弯Cobb角度与横突的关系可对目前患者的病情评估提供新的思路与方向。本研究开发了这种全新的脊椎矫形技术,其使用了钩状结构,将骨突紧紧地缠绕在一起,形成了稳定的结构。本研究精准地测量了骨突的长度、宽度,特别关注了骨突外2/3处,此处是骨突钩经常接触的地方。通过精准的测量,可以准确地识别出横截面的尺寸、大小、深浅,明确横突根部定义以及宽度和厚度的测量部位,从而达到测量的同一性[40]。

图1 三维图像的幻影

本研究还对脊柱侧弯Cobb角与两侧横突厚度差值、宽度差值的关系进行深入研究,从选取患者的Cobb角来进行分组[41],然后根据试验结果为新型脊柱矫正系统横突钩对不同脊柱侧凸患者的横突切合差异化设计提供依据,为新型脊柱矫正系统横突钩的钩型设计提供解剖学依据及手术入路及安装方法提供临床参考。

4 小结

通过引入先进的改良技术,本研究期望能够开发出一种更加简单、安全、高效且易于在基层医疗机构中推广的脊柱矫正方法,从而为脊柱侧弯的患者带来福音。但本研究针对的该项研究仍处在试验阶段,仍需要更多的数据来支持。