[研究]颈椎前路减压与后路锁孔椎间孔切开术后椎间孔面积的变化: 一项生物力学研究 | 宣武神经脊柱专栏第5期

宣武神经脊柱专栏

第5期

Nguyen J, Chu B, Kuo C C, et al. Changes in foraminal area with anterior decompression versus keyhole foraminotomy in the cervical spine: a biomechanical investigation[J]. Journal of Neurosurgery: Spine, 2017, 27(6): 620-626.

目的颈椎前路椎间盘切除植骨融合术（ACDF）有或无部分钩椎关节切除（UVR）以及后路锁孔椎间孔切开术是治疗颈椎间盘退变和神经根型颈椎病的标准术式。大量研究表明，以上每种术式疗效确切可靠，但目前尚无文献比较间接和直接减压术后椎间孔面积的变化。本研究目的在于判断何种颈椎减压术式始终能增加椎间孔面积，以及颈椎在不同体位时椎间孔面积如何变化。

方法对8例成人标本颈椎功能单位（C5～6和C6～7节段各4例）进行有序减压操作。每个节段分别行以下术式：双侧椎间孔切开，ACDF，ACDF+部分UVR，椎间孔切开+ACDF。应用多向纯矩弹性试验并结合3D-C臂影像设备，测量颈椎标本每种术式完成后在不同体位（包括中立位、前屈位及后伸位）时的椎间孔最小横断面积。

结果椎间孔切开组的椎间孔面积较原始标本3种体位时的椎间孔面积显著增加。ACDF组术后前屈后伸载荷时，其椎间孔面积无改变。ACDF组的后伸位椎间孔面积相比于中立位（55mm2）显著下降（40mm2）。椎间孔切开+ACDF组的椎间孔面积相对于椎间孔切开组在颈椎3种体位时并无显著增加。UVR组前屈后伸载荷时椎间孔面积无任何变化。

结论本研究所有术式均增加椎间孔面积。椎间孔切开术及椎间孔切开+ACDF可最大程度上增加椎间孔面积，而且相比单纯前路减压，同样保持了后伸位椎间孔面积的增加。与单纯ACDF相比，UVR术式并没有显著改变椎间孔面积。在颈椎无不稳的情况下，椎间孔切开术可能对椎间孔减压更直接；然而，ACDF依然继续扮演间接减压的重要角色，尤其是在治疗中央型椎间盘突出时。上述研究结果适用于椎间孔骨性狭窄，可能不适用于软性椎间盘突出。本研究的关键点在于，无论ACDF还是椎间孔切开术，均能增加椎间孔面积。椎间孔切开术在颈椎屈伸运动时始终能够增加椎间孔面积。部分UVR相比单纯ACDF并无显著增加椎间孔面积。椎间孔切开术可能对减压椎间孔更有效。上述结论的适用前提为脊柱处于稳定状态。

关键词 颈椎生物力学；颈椎前路椎间盘切除融合术；椎间孔切开术；椎管狭窄；椎间孔减压

颈椎退变性疾病临床表现为颈痛，脊髓和（或）神经根病变。钩突骨赘、关节囊增生、小关节突肥大，或椎间盘突出均可导致神经根病变或神经根卡压。当保守治疗无效时，患者可以选择外科手术，通过增加椎间孔面积，从而解除神经根卡压和缓解疼痛，麻木和或肌力下降。

ACDF作为一种经典术式最初于1958年由Smith和Robinson提出。该术式演变至今，已发展到出现一系列不同的改良技术，包括直接或间接钩椎关节减压，切除或保留后纵韧带，椎间植入骨块或融合器。ACDF适合钩突骨赘和中央型椎间盘突出，其危险性在于术中未必能显露椎管。后路锁孔椎间孔切开（或椎间孔切开术）作为一种微创、保留运动功能的术式，某些情况下可替代前路手术，切除部分上关节面以扩大椎间孔。该术式适合患者合并后外侧软性椎间盘突出或来源于小关节的骨赘刺激，其优势在于可使神经根充分暴露，对颈椎稳定性的影响较小，并且可能降低患者的复发率和死亡率。因为是一种保留运动功能的术式，尽管在文献报道或外科医生中就这点并未达成共识，锁孔椎间孔切开术依然可能在邻近节段退变和再次手术风险等方面拥有与众不同的意义。

上述两种入路临床疗效俱佳。大多数研究仅局限于评估ACDF或椎间孔切开术。只有数量有限的研究直接比较ACDF与椎间孔切开术，其中大多数是临床研究。在一项生物力学研究中，Chen等比较颈椎前路椎间盘切除术、ACDF以及椎间孔切开术对颈椎稳定性的影响，但并无量化研究直接比较ACDF和椎间孔切开术两者之间的骨性减压。此外，在ACDF手术过程中仍有存在争议的技术细节，比如是否直接切除钩椎关节或骨赘的后部，是否需要切除后纵韧带。本研究目的在于比较ACDF有或无UVR与后路锁孔椎间孔切开术，判断哪种术式最有可能增加在不同颈椎体位时尸体模型的椎间孔面积。

方法

研究标本

对8例尸体标本颈椎脊柱功能单位（C5～6和C6～7节段各4例）进行测试与分析。所有标本为完整新鲜冰冻尸体，均从国家组织库获得。标本的平均年龄为73岁。使用临床级设备（BV pulsera，Philips）对每例完整的脊柱标本行X线摄片。由一名研究工程师和一位经过培训的脊柱外科医生对以上图像进行处理。研究排除标准：既往有颈椎手术史，肿瘤，关节强直，或其他颈段骨质畸形者。经过X线检查后，下颈椎节段（C4～T2）被隔离。用快速凝固树脂镶铸头侧和尾侧的大部分椎骨，以方便使用生物力学测试夹具载荷（图1）。

图1 生物力学试验夹具模拟解剖体位（中立位，前屈位和后伸位）A：测压元件；B：标本；C：测试夹具绿色箭头表示的是应用于最上方椎骨的耦合拉伸力

生物力学测试

生物力学试验装置是仿照先前已被验证、无约束电缆驱动纯时设备。标本以水平位固定，纯力矩下通过一固定环滑轮系统。由安装于试验架上的测压元件（JR3）实时测量绞车和螺丝产生的张力（图1）。为了确保最小的影像干扰，与成像轨迹一致的所有部件均由放射状聚合物制造。在原始状态和每种外科手术中，每例标本前屈/后伸位时加载1.5Nm，中立位时加载0Nm。这些载荷与我们先前的颈椎生物力学试验一致，并且在无损范围内是安全的。

手术准备

所有脊柱功能单位进行循序减压。每例被随机分配到两个外科手术序列中的一个。一个序列包括双侧椎间孔切开术，ACDF，和ACDF+部分UVR。另一序列包括ACDF，ACDF+UVR（之前未行椎间孔切开术）。试验总数据有6组：1）原始标本；2）ACDF；3）椎间孔切开术；4）ACDF+UVR；5）ACDF+椎间孔切开术；6）ACDF+UVR+椎间孔切开术。原始标本组和其他试验组的样本量各为16个和8个。使用3D C臂成像设备（BV Pulsera，Philips）验证椎体水平和术前椎间高度。

按下列流程进行锁孔椎间孔切开术直接减压。切开后方肌肉层显露双侧椎板和小关节，小心保护关节囊。使用高速磨钻切除下关节面至椎弓根外侧缘。一旦显露上关节面，同样也切除到椎弓根外侧缘。椎间孔切开的总面积约为孔径5～7mm。术中应特别关注到每个小关节切除范围不得超过50%。使用神经拉钩分别对头侧和尾侧椎弓根外侧缘进行探查，以保证充分减压。

ACDF操作流程如下。切开并摘除显露的椎间盘，直到可见后纵韧带及钩突。使用高速磨钻磨除椎体前、后缘骨赘，并去除软骨终板至骨性终板。将标本置于生理前凸位，用椎体撑开器撑开椎间隙。椎间隙平行植入高度约6mm腓骨块，位置在终板后缘，距终板前缘约2mm。基于我们对国人椎间高度的术前评估，所有标本的椎间植入物的大小均选择6mm规格。用6孔前路钉板和6个可变角度螺钉（Synthes Spine）固定以稳定脊柱节段。

接下来是部分UVR的操作流程。取出前路钢板和螺钉，以及腓骨块。切除后纵韧带及钩突的后1/3（约3mm）和钩突骨赘（如果有的话），减压双侧椎间孔。当神经拉钩可以轻易通过椎间孔前缘探及出口神经根，UVR减压彻底。椎间植入同样6mm腓骨块，单椎体螺钉和6孔前路钉板固定。

图2 在同一水平面下的椎间孔3D模型（右红左绿）

数据采集和处理

使用分辨率为0.7×0.7×0.7mm3D C臂影像设备采集每例标本的三维影像序列，包括每个解剖体位（中立位，前屈位、后伸位）。将数据导入到医学图像处理软件（Mimics 15、Materialise）。利用已验证的分割技术对相应椎间孔（C5～6和C6～7左右侧）进行分离和重建三维实体模型（图2）。正交于每个椎间孔轨迹的横截面积以每层1mm间隔扫描进行记录。然后提取每个椎间孔的最小横截面积作为数据分析的主要结果。该图像处理技术已被验证在量化椎间孔面积中精确率达3.9%，可重复率达1.6%。

数据分析

主要的测量指标是颈椎3种体位（中立位、前屈位和后伸位）时的最小横截面积。在所有试验组中，以每个椎间孔为自身对照，对C5～6和C6～7进行同步评估。应用单因素方差分析各组数据在3种测试体位时是否存在任何统计学显著差异。

结果

颈椎中立位时，未行手术的原始标本椎间孔平均面积为46.3±11mm2，平均椎间高度为4.40±0.89mm（范围:3.16mm～5.83mm）。ACDF手术后，椎间孔平均面积增加到51.1±10.1mm2，再行UVR后，平均面积为48.2±6.7mm2。经椎间孔切开术后，平均面积增加到68.6±12.9mm2，与原始标本的椎间孔面积相比，差异有统计学意义（P＜0.05）。ACDF+椎间孔切开术、ACDF+UVR+椎间孔切开术的椎间孔平均面积分别增至68.1±15mm2和71.1±13.1mm2，两者较原始标本的椎间孔面积均有显著提升（图3）。

颈椎屈曲位时，原始标本的椎间孔平均面积为52.7±12.4mm2，ACDF无和有UVR，平均面积分别为48.6±8.3mm2和52.3±9.2mm2。与前屈位的原始标本相比，椎间孔切开术的平均面积增加显著，为71.5±12.7mm2。当行ACDF+椎间孔切开术时，平均面积增加到71.4±17.1mm2，而当行ACDF+UVR+椎间孔切开术时，平均面积为75.1±12.4mm2，以上两者增加都是显著的（图3）。

颈椎后伸位时，原始标本的椎间孔平均面积为32.7±9.3mm2，与相同标本在中立位相比，平均面积显著减少。ACDF术后，平均面积为41.3±12.1mm2。ACDF+UVR术后，与同一标本在中立位时相比，平均面积显著下降（37.3±7.2mm2）。单纯椎间孔切开术和ACDF+椎间孔切开术后，平均面积分别为52.3±19.4mm2和56.5±14.6mm2，与后伸位的原始标本相比，以上两者均显著增加。ACDF+UVR+椎间孔切开术后，平均面积为57.2±13.6mm2，与后伸位的原始标本相比，显著增加；但与在中立位时的相同标本相比，却显著减少（图3）。

图3 柱状图显示在3种载荷条件下6个试验组的比较。星号表示在统计学上有显著差异。

讨论

采取后路锁孔椎间孔切开术和ACDF治疗神经根型颈椎病的临床疗效满意，目前争议不多。在一项前瞻性研究中，研究者将前路和后路治疗椎间盘突出直接进行比较，证明上述两种术式均能取得良好的疗效，无统计学意义的临床差异。Selvanathan等比较ACDF和椎间孔切开术的疗效，发现两者拥有相似的临床改善率。此外，最近一项系统评价得出结论，ACDF和椎间孔切开术之间的临床疗效、并发症、复发率无差异。此外，Mansfield等的费用分析研究发现，ACDF平均花费超过颈椎椎间孔切开术89%以上。其原因主要是植入物的使用，提示外科医生应该酌情考虑颈后路椎间孔切开术治疗神经根型颈椎病，减轻患者经济负担。

本研究是第1例尸体标本的生物力学研究，直接比较两种术式椎间孔面积的变化。既往有文献表明，颈椎屈曲位时可增加椎间孔面积。颈椎后伸位时椎间孔面积减小，从而使出口神经根进一步受压和后伸位症状加重（Spurling征）。本研究从尸体标本测量的数据分析，支持上述观点；颈椎前屈位时增加椎间孔面积但未达显著水平，而后伸位时显著降低椎间孔面积，平均达29.6%（原始标本中立位时46.4mm2到后伸位32.7mm2）。

本研究的术式包括ACDF、ACDF+UVR和椎间孔切开术，其中椎间孔切开术能始终最大程度增加椎间孔面积，因为它在颈椎3种体位时均能明显增加面积。在我们的尸体标本上，椎间孔切开术在中立位时椎间孔面积增加48%，前屈位35.7%，后伸位60.2%。最重要的一点是，不但在椎间孔切开+ACDF，而且在椎间孔切开术，都可见面积增加，尤其保持在后伸位-该体位时临床症状是最严重的；与椎间孔切开术在中立位时面积相比，统计学上无明显下降。这也表明该术式不至于导致颈椎不稳。以上结论验证了Chen等所做的研究结果，后路椎间孔切开术中小于50%的小关节切除对颈椎运动节段的稳定性影响不大。

虽然ACDF有良好的临床疗效，但迄今相关文献并没有明确的指出哪种术式最有助于缓解疼痛。在18例ACDF患者回顾性研究中，Albert等结果表明，植入物高度、最大椎间孔面积变化及术后症状的缓解，三者之间无明显的相关性。他们得出的结论是，通过牵引椎间隙恢复椎间高度来间接减压可能并不是ACDF临床有效的主要因素。我们的研究结果与这一发现保持一致，虽然ACDF增加颈椎3种体位时的椎间孔面积，但增加并非很显著。中立位时ACDF只增加椎间孔面积的10.1%。这会令人相信该术式可以通过直接解压缓解疼痛。

Shen等通过比较ACDF通过椎间隙牵引间接减压和直接UVR的两组患者资料，两组均有良好的临床疗效，统计学上无显著差异。由此得出直接UVR是不必要的，暴露操作过程只会给患者带来更大风险。我们的研究结果也支持这一观点：UVR除了不增加椎间孔面积，也导致了脊柱不稳（后伸位时面积相比ACDF+UVR，在颈椎中立位时显著减少）-这一发现也建立在以前的研究。尽管UVR不增加椎间孔面积，但部分UVR仍对软性椎间盘突出的去除是非常重要的。

因此，如果直接部分UVR和椎间隙间接减压不显著增加ACDF术中椎间孔面积，那么椎间孔面积的增加可能对于缓解疼痛并无必要。有些学者认为，神经根性痛实际上是微小根动脉受压的结果。此外，ACDF的一个重要方面是，可以通过融合和内固定稳定脊柱单元，合力消除钩突病理性运动。以往有文献也描述了机械压迫神经引起的椎间孔静脉阻塞和神经的血液供应减少，最终导致疼痛。因此，另一个可能的有利因素是改善出口神经根的血供，从而缓解缺血性疼痛。

局限性

本研究样本量较小，仅包含8个脊柱运动单元；仅研究2个节段（C5～6和C6～7）；植骨块高度均选为6mm，非个体化选择；标本平均年龄为73岁，年龄大于需行ACDF典型患者的平均年龄；本研究中的病理改变未必完全会在临床中出现。

结论

后路椎间孔切开术和ACDF有或无UVR均可治疗神经根型颈椎病。关节突肥大或后外侧椎间盘突出患者特别适合行锁孔椎间孔切开术，而ACDF在中央型椎间盘突出起重要作用。然而，当在两种术式之间进行选择时，如在外侧型椎间盘突出或椎间孔狭窄的情况下，可能会优先推荐椎间孔切开术，因为本研究表明，该种术式在3种颈椎体位时椎间孔面积增加最大。椎间孔切开术也被视为一种ACDF患者术后持续性神经根疼痛的补救术式。此外，虽然ACDF术中部分UVR并没有带来椎间孔面积的任何增加，其仍可在软性椎间盘突出的去除中起作用。本研究结果主要适合椎间孔骨性狭窄，可能不适用于软性椎间盘组织病变。

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