脊柱側(cè)彎Cobb角測量與腰椎橫突之間變異性的相關(guān)性研究進展

趙友辰,陸曉生

(1.右江民族醫(yī)學(xué)院研究生院,廣西 百色 533000;2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第三附屬醫(yī)院)

研究顯示,青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎(AIS)目前的病理機制仍是未解之謎,而其主要表現(xiàn)為冠狀面脊髓側(cè)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(xiàn),此時人們的身體機能基本達到最佳狀態(tài)[1-2]。一個多世紀(jì)以來,AIS是一種復(fù)雜的胸椎和腰椎三維變形,其特征為側(cè)偏、旋轉(zhuǎn)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(cè)比后側(cè)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(fā)生在椎體或椎間結(jié)構(gòu)中。但這種所謂的相對脊髓前過度生長(RASO)被認(rèn)為是AIS發(fā)病機制的一部分[9]。

1 傳統(tǒng)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(tài)都產(chǎn)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(wù)損失。當(dāng)前,AIS的醫(yī)療方法一般分為保守預(yù)防和手術(shù)治療。盡管保守預(yù)防可以在部分情況下緩解AIS的癥狀,但由于患者的遵醫(yī)意愿較低,以及可能出現(xiàn)的更嚴(yán)重的不良反應(yīng),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(shù)可以幫助患者改善其脊椎,包括修整畸形、緩解神經(jīng)壓力、重建脊椎結(jié)構(gòu)[11]以及調(diào)整脊椎平衡,有趣的是關(guān)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(shù)和內(nèi)固定、前路脊柱融合術(shù)和內(nèi)固定、胸腔鏡脊柱側(cè)彎手術(shù)和無融合脊柱側(cè)彎矯正都是治療脊柱側(cè)彎的有效方法[12-17]。在治療脊柱畸形時,椎弓根釘棒技術(shù)仍然被廣泛應(yīng)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(shù)的使用,患者仍會面臨著一定的血管神經(jīng)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(jīng)損傷的預(yù)防[19-20],以免造成更為嚴(yán)重的后果。CT 檢查顯示,被突然插入的螺絲會導(dǎo)致嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)及椎動脈受到嚴(yán)重的影響[21],從而出現(xiàn)明顯的臨床表征。此外,脊柱側(cè)彎的畸形本質(zhì)上是三維的,有效的矯正涉及所有三個平面。手術(shù)治療脊柱側(cè)彎的長期結(jié)果不僅取決于冠狀面矯正,還取決于矢狀面曲線的恢復(fù)[22-24],椎體旋轉(zhuǎn)、矢狀位不平衡和側(cè)彎被認(rèn)為是脊柱側(cè)彎的因素,在手術(shù)矯正畸形時需要單獨處理。但有時外科醫(yī)生在通過后路或前路或聯(lián)合入路進行干預(yù)后,即使在全套術(shù)前調(diào)查后,也不能達到預(yù)期的矯正效果。為解決這些問題,本研究會繼續(xù)致力于尋找更好的評估和治療脊柱側(cè)彎的工具[25]。

2 新型脊柱矯正系統(tǒng)

2.1改良橫突鉤的優(yōu)點:脊柱矯正系統(tǒng)經(jīng)歷了多年的演變與發(fā)展,直至今日都或多或少存在著一些弊端,本研究發(fā)現(xiàn)隨著數(shù)字化導(dǎo)航技術(shù)和神經(jīng)電生理廣泛應(yīng)用,置釘準(zhǔn)確率大為提高,手術(shù)風(fēng)險已顯著降低[26]。可以通過記憶合金鉤固定一個椎體的橫突形成內(nèi)固定矯正系統(tǒng)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(nèi)固定系統(tǒng)能夠有效矯正脊柱畸形。科學(xué)價值和意義在于利用脊柱側(cè)彎的有限元分析探索一種非椎弓根螺釘內(nèi)固定系統(tǒng),減少和避免椎弓根內(nèi)固定系統(tǒng)治療脊柱側(cè)彎手術(shù)中較多的置釘不良等手術(shù)并發(fā)癥不會侵入椎管,減少創(chuàng)傷,加速患者術(shù)后康復(fù)。有學(xué)者結(jié)合相關(guān)研究基礎(chǔ),研制一套新型鉤棒脊柱矯正系統(tǒng)作為椎弓根釘棒系統(tǒng)的有益補充或個體化選擇,對其生物力學(xué)進行研究,結(jié)果顯示相比于椎弓根釘棒系統(tǒng),改良的橫突鉤棒系統(tǒng)能提供脊柱在冠狀面和水平面上類似的穩(wěn)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(tǒng)的生物力學(xué)機制,闡明其在安全性和有效性設(shè)計上的理論依據(jù)及機制,為相關(guān)骨科器械的設(shè)計提供新的思路和方法。本研究通過前期研究發(fā)現(xiàn)新型系統(tǒng)不但安全、有效、簡便,而且對Cobb角的矯正、去旋轉(zhuǎn)的矯正等方面作用亦顯示出一定優(yōu)勢,具有更廣闊的應(yīng)用前景。由于Cobb角測量方便并具有可重復(fù)性的特點,因此是評價脊柱畸形嚴(yán)重程度、預(yù)測脊柱畸形進展、選擇治療方式以及評價手術(shù)效果的常用方法。

2.2Cobb角的獨特優(yōu)勢:Cobb角是了解疾病過程中最重要的指標(biāo),其可以幫助本研究更好地評估AIS的發(fā)病情況以及其對患者的健康影響[32]。脊柱側(cè)彎研究學(xué)會(SRS)建議,Cobb角應(yīng)該作為一項重要的指標(biāo)[33],以便更好地評估患者的病情,并且在治療結(jié)束時,Cobb角的變化應(yīng)該在5°以內(nèi)。脊柱側(cè)彎矯形與康復(fù)治療學(xué)會(SOSORT)的共識也認(rèn)識到在保守治療中監(jiān)測Cobb角變化的重要性。而在手術(shù)矯形治療上Cobb角用于定量評估脊柱側(cè)彎,并且Cobb角及其進展是決定脊柱側(cè)彎治療的重要因素。同時Cobb角也是脊柱側(cè)彎疾病評估的重要指標(biāo)。通過使用傳統(tǒng)的技術(shù),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(jù)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(cè)彎。無論脊柱側(cè)彎多么復(fù)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(zhuǎn)密切相關(guān)[35]。改進對脊柱側(cè)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(rèn)為是評估體內(nèi)結(jié)構(gòu)形態(tài)的“金標(biāo)準(zhǔn)”。通過將Cobb角表現(xiàn)為一個長度,外科醫(yī)生可以預(yù)測并準(zhǔn)確地實現(xiàn)所期望的脊柱側(cè)彎矯[25]。Cobb角>10°表示存在脊柱側(cè)彎,10°～25°表示需要定期復(fù)查,25°～45°表示需要矯形。Cobb角>45°表示需要手術(shù)干預(yù)。兩次放射線檢查Cobb角>5°表明脊柱側(cè)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(jié)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(guān)。利用Cobb角等于上下端椎體傾斜角之和的原理,可以準(zhǔn)確、快速地測量脊柱側(cè)彎Cobb角,且不易污染影像學(xué)的影像數(shù)據(jù)。在特殊條件下,平均測量誤差為±3°。Cobb角參與脊柱側(cè)彎的診斷和治療決策。因此,科布角測量的可靠性和準(zhǔn)確性至關(guān)重要[38]。脊柱側(cè)彎的患者兩側(cè)橫突厚度差值、寬度差值及長度差值的變異系數(shù)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(guān)系。

3 Mimics測量工具的引入

近年來,隨著 CT 影像技術(shù)的廣泛應(yīng)用,楊衛(wèi)周等成功地重建了重度先天性脊柱側(cè)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(xué)者們也開始關(guān)注數(shù)字化三維技術(shù)的發(fā)展,將這些影像資料導(dǎo)入自己開發(fā)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(fā)的三維醫(yī)學(xué)影像重建軟件,其能夠?qū)崿F(xiàn)對骨科影像的三維重建,并且可以實現(xiàn)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(cè)彎Cobb角度與橫突的關(guān)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(fā)了這種全新的脊椎矯形技術(shù),其使用了鉤狀結(jié)構(gòu),將骨突緊緊地纏繞在一起,形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。本研究精準(zhǔn)地測量了骨突的長度、寬度,特別關(guān)注了骨突外2/3處,此處是骨突鉤經(jīng)常接觸的地方。通過精準(zhǔn)的測量,可以準(zhǔn)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(cè)彎Cobb角與兩側(cè)橫突厚度差值、寬度差值的關(guān)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(jù)試驗結(jié)果為新型脊柱矯正系統(tǒng)橫突鉤對不同脊柱側(cè)凸患者的橫突切合差異化設(shè)計提供依據(jù),為新型脊柱矯正系統(tǒng)橫突鉤的鉤型設(shè)計提供解剖學(xué)依據(jù)及手術(shù)入路及安裝方法提供臨床參考。

4 小結(jié)

通過引入先進的改良技術(shù),本研究期望能夠開發(fā)出一種更加簡單、安全、高效且易于在基層醫(yī)療機構(gòu)中推廣的脊柱矯正方法,從而為脊柱側(cè)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(shù)據(jù)來支持。