成人退变性脊柱侧凸术后钉棒系统结构特点对上位固定椎骨折的影响研究

近端交界性后凸(proximal junctional kyphosis，PJK)为成人退变性脊柱侧凸(adult degenerative scoliosis，ADS)术后常见的并发症之一。据报道，66%的ASD患者术后3个月内发生PJK，80%的患者术后18个月内发生PJK。PJK和近端交界性失败(proximal junctional failure，PJF)为术后早期并发症。Cho等对此类研究进行Meta分析总结后指出，尽管PJK发生率为6.0%～61.7%，但是很多患者并没有出现相关症状。PJF的发生率约为4%～15%，并且很多患者会出现临床症状。除此之外，PJF可能会导致伴有上位固定椎(upper instrumented vertebra，UIV)骨折的严重神经功能缺陷。因此，防止此类椎体骨折的出现尤为重要。

Baumgaertner等指出股骨近端骨折患者滑动髋螺钉固定失败与拉力螺钉在股骨头中的位置有关。其在文章中指出，尖顶距(tip-apex distance，TAD)应当<25mm从而降低拉力螺钉内固定失败的发生率。TAD是正位和侧位X线片上从拉力螺钉尖端到股骨头顶点的距离的总和。这一结果也可能表明，在骨松质中拉力螺钉的占用率对预防螺钉拔出等内固定失败是重要的。也就是说，在脊柱融合术中，椎弓根螺钉在椎体内的占用率(occupancy rate of the pedicle screw，ORPS)可能与UIV骨折密切相关。此外，有可能椎弓根螺钉(pedicle screw，PS)或连接棒在UIV层面的轮廓特点也与UIV骨折有关。然而目前关于椎弓根螺钉在UIV中植入的位置与UIV骨折之间相互关系的研究较少。本研究对2016年1月至2018年1月，于我院接受治疗的164例ADS患者进行回顾性分析，旨在分析影像学参数以及椎弓根钉棒系统相对位置与UIV骨折的相关性，分析UIV骨折的危险因素，并计算相关危险因素的准确阈值。

一、资料与方法

本组共纳入164例，左侧脊柱侧凸所占比例较高(56.1%)，顶椎大多位于L₃节段(32.9%)，上位固定节段多位于L₂节段(26.8%)。T评分-1.0±0.9，提示无严重骨质疏松，最常见合并症为糖尿病(30.5%)。按照有无UIV骨折，将患者分为UIV骨折组(fracture，F组，n=38)和无UIV骨折组(no fracture，NF组，n=126)。两组之间的差异见表1。

1、影像学指标：

通过对ADS患者的站立位脊柱全长正侧位X线片进行测量，从而获取ADS患者的相关影像学数据，相关的测量方法如下：

冠状位脊柱侧凸CA，脊柱侧凸累及脊柱节段远端椎体下终板与近端椎体上终板之间的夹角；矢状位垂直轴(sagittal vertical axis，SVA)，脊柱全长侧位X线片中C7铅垂线到S₁后上角之间的垂直距离；胸椎后凸角(thoracic kyphosis，TK)，T₁₂椎体下终板与T₂椎体上终板之间的CA；胸腰段后凸角(thoracolumbar kyphosis，TLK)，T₁₂椎体上终板与L₂椎体下终板之间的CA；冠状位垂直轴(coronal vertical axis，CVA)，在冠状面上从S₁椎体上终板中心垂线到C₇铅垂线的垂直距离；骶骨倾斜角(sacral slope，SS)，骶骨上终板与水平线之间的夹角；腰椎前凸角(lumbar lordosis，LL)，T₁₂上终板与S₁上终板之间的CA；骨盆投射角(pelvic incidence，PI)，S₁上终板中心的垂直线与S₁上终板中点与股骨头中心连线之间的夹角；骨盆倾斜角(pelvic tilt，PT)，S₁上终板中心的重垂线与S₁上终板中点和股骨头中心连线之间的夹角。采用双能X线骨密度仪测量股骨近端总骨密度，并以T评分表示。站立位脊柱全长正侧位X线片测量指标的获取时间为术前、术后1周以及末次随访。由2名没有与患者直接接触的研究者对上述数据进行测量，并将其所得数据取平均值后进行收集分析。

通过术后CT评估UIV节段上PS的拔出情况，并将其定义为椎体螺钉头从椎体中拔出部分的长度。用直立位脊柱全长X线片检查是否存在术前TK大小处于30°～39°的情况。既往研究显示PJK的显著危险因素是TK<30°或>39°。如图1、2所示，在UIV中与内固定植入相关的参数是通过对术后脊柱全长正侧位X线片进行测量来评估的。需要测量的影像学参数如下：TAD=a+b+c+d，a和b代表前后位脊柱X线片中PS顶点到UIV中心线的距离，c和d代表脊柱全长侧位X线片的PS顶点到UIV椎体前壁的距离；脊柱全长侧位X线片UIV前后距离(anteroposterior diameter，APD)；UIV的ORPS[(e+f)×100/(2×APD)]，其中e和f分别代表椎体后壁至双侧PS尖端的距离；连接棒轮廓与椎体后壁之间的夹角(the angle between rod contour and posterior wall of vertebral body，ARV)当连接棒离开椎体后壁时为正值，当连接棒处于椎体后壁之前则为负值；椎弓根螺钉夹角(the angle between the direction of PS，APS)，为螺钉顶点与螺钉基底部中点的连线与UIV上终板之间的夹角，当螺钉尖端远离UIV上终板时为负值。

图1 UIV的内固定系统影像学相关参数；图2 X线示意图：TAD：a=-2.6mm，b=12.4mm，c=7.4mm，d=9.7mm，TAD=a+b+c+d=26.9mm；ARV=-3.2°，APS=9.1°；APD=34.1mm

二、结果

1、两组影像学指标比较：

见表2表3。

2、UIV骨折的危险因素分析：

UIV骨折术前危险因素的多因素Logistic回归分析结果显示(R2=0.529)：LL、PI为UIV骨折的术前危险因素；SS为UIV骨折的术前保护危险因素(表4)。本回归分析结果中R2值较高，分析结果较为可靠。

UIV骨折术后危险因素的多因素Logistic回归分析结果显示(R2=0.319)：TAD为UIV骨折的术后危险因素；AVR为UIV骨折的术后保护因素(表5)。

UIV骨折危险因素阈值的ROC分析结果显示：较好的预测因素为术前LL、术前PI、术前SS、TAD；预测效果较差的影响因素为ARV(表6)。

三、讨论

ADS的严重程度往往随着年龄的增加而逐渐进展。既往研究指出，女性更容易出现ADS，并且其严重程度受年龄影响更大。本研究中女性患者比例较高，与既往研究结果相似。UIV骨折的危险因素分析结果显示，较好的预测因素为术前LL、术前PI、术前SS、TAD；预测效果较差的影响因素为ARV。这表明术前脊柱骨盆参数对于预测UIV骨折的风险有重要作用。并且UIV骨折的风险主要与椎弓根钉棒系统的整体结构有关，而与ORPS等衡量椎弓根螺钉植入深度的指标无明显关联。F组与NF组相比，SS更小，SVA更接近骶骨终板。这意味着F组由于对LL矫正不足，为了维持矢状面平衡，发生了更多的代偿性骨盆后倾。SVA的纠正与PJK的发生相关，但UIV骨折的发生是由于F组的LL纠正不足，导致代偿性盆腔后倾和SVA较大的改变。因此，手术决策时应考虑术后脊柱骨盆序列的变化，以减少UIV骨折等术后并发症的发生。

将TAD引进椎弓根钉棒系统的相关研究能够反映椎弓根钉棒系统结构与椎体之间的相互关系。本研究发现TAD比ARV在预测UIV骨折方面的准确性更好，这表明椎弓根螺钉在椎体内部成角所形成的把持力在维持内固定系统的术后稳定方面，比椎弓根钉棒之间的相对角度有更重要的意义。其可能的原因为，椎弓根螺钉与连接棒之间由螺帽进行锁定，本身具有一定活动度，能够缓解结构内部应力集中的现象；而椎体内部的螺钉位置相对固定，缺乏调节机制，因此在位置不良时极易引发内固定相关并发症的发生。

本研究尚有不足。首先，本研究中讨论的项目较多，混杂因素会对研究过程产生干扰，从而影响结果的准确性。其次，本研究所讨论的指标为影像学参数，其结论中所推测的内固定系统与脊柱之间作用的生物力学原理，缺乏相关实验研究加以论证。此外，本研究纳入患者数量相对较少，仍然需要扩大样本量进行进一步的分析研究。

综上所述，UIV骨折的危险因素分析结果显示，较好的预测因素为术前LL、术前PI、术前SS、TAD；预测效果较差的影响因素为ARV。UIV骨折的发生是由于LL纠正不足，导致代偿性盆腔后倾和SVA较大的改变。椎弓根螺钉在椎体内部成角所形成的把持力在维持内固定系统的术后稳定方面，比椎弓根钉棒之间的相对角度有更重要的意义。