腰椎融合术后假关节形成的诊断和手术治疗

作     者：漆龙涛 李淳德 张正

作者单位：北京大学第一医院骨科

文章来源：《中国骨与关节杂志》 2017年第11期

【关键词】 脊柱融合术；腰椎；假关节；诊断；外科手术

自 1911 年 Albee 和 Hibbs 首次报道了脊柱融合术后，腰椎融合术被广泛应用于脊柱外科腰椎退行性病变、腰椎畸形、腰椎创伤等疾病的治疗。随着腰椎内固定的发展，腰椎融合术融合率得到了较大提高，但不能忽视腰椎融合术后假关节的发生。腰椎融合术后假关节发生率为 5%～56% [1-2]，发生假关节患者早期多无临床症状或症状不典型，易被外科医师忽视。如何进行对腰椎融合术后假关节形成的准确诊断和治疗仍是难题。

一、腰椎融合术后假关节形成的影响因素

假关节 ( pseudarthrosis )，又称骨不融合 ( nonunion )，通常指腰椎融合术后 1 年，手术节段融合失败。实质是植骨不融合形成类似关节骨面相对异常骨结构，未融合的骨结构因异常活动等形成骨吸收或缺损，最终形成相对应的硬化骨面，其间隙内无骨小梁等结构。腰椎融合术后假关节形成受到许多因素的影响。

影响腰椎融合术后假关节形成的个人因素主要有高龄、吸烟、糖皮质激素的使用、维生素 D 缺乏等，这类患者腰椎融合术后假关节形成率较高。Kim 等 [3] 在研究腰椎融合手术时发现假关节形成率随着年龄增高而增加，特别是患者手术时年龄＞55 岁时，术后假关节形成率显著增高。Bydon 等 [4] 研究了吸烟与不吸烟患者腰椎融合术后假关节情况，发现吸烟患者假关节率较不吸烟患者显著增高，特别是手术融合节段＞2 个的患者。Sawin 等 [5] 在动物实验中发现糖皮质激素的使用会增加腰椎融合术后假关节的形成，原因可能为糖皮质激素会影响腰椎融合手术植骨部位血管的收缩和血管的生长，导致骨生长的营养供给减少，影响骨的愈合，从而形成假关节。另外，Ravindra等 [6] 发现术前维生素 D 的缺乏也会导致腰椎融合手术的融合率降低，维生素 D 缺乏患者假关节形成率较高。其它一些患者个人因素，如肥胖、高血压、糖尿病等，文献发现其对于腰椎融合术后假关节形成没有显著影响，但是会影响患者临床症状的改善情况 [7-9]。而对于腰椎术后常用的非甾体类镇痛药物是否会增加腰椎术后假关节形成的风险，目前还存在争议，不同的研究给出了不同的结论，Dodwell 等 [10] 总结分析了既往 11 项随机对照试验研究，指出非甾体类镇痛药物的使用不会增加腰椎融合术后假关节形成的风险。

影响腰椎融合术后假关节形成的手术相关因素主要有内固定的使用、融合节段、融合材料、手术方式、支具的使用和腰椎平衡等。腰椎手术势必会对脊柱的稳定性造成破坏，特别是腰椎后路广泛减压的手术，脊柱不稳定性的增加会影响植骨的融合，导致假关节形成风险增大 [11]。使用内固定后，内固定患者融合率显著高于非内固定患者，前者腰椎融合术后假关节发生率显著低于后者 [12]。但随着腰椎融合节段的延长，假关节发生率反而随之增加，特别是 4～5 个节段以上的长节段融合手术 [3,13]，是腰椎融合术后假关节形成一个密切相关的风险因素。长节段融合术假关节常形成于胸腰交界处 ( 50% )、腰骶交界处( 30% )。对于融合材料的选择，多数学者建议选择自体骨移植或者使用人骨形态发生蛋白-2 ( human bone morphogenetic protein-2，BMP-2 )，其能够获得较高的融合率，假关节形成率显著低于异体骨移植 [14-15]。同时，移植骨的量与融合术后假关节形成也有密切关系，足够的移植骨能增加骨融合的成功率 [16]。关于手术方式和术后支具使用情况，在研究中没有发现强有力证据证明腰椎前路椎体间融合术 ( anterior lumbar interbody fusion，ALIF )、后外侧融合术 ( posterolateral fusion，PLF )、腰椎后路椎体间融合术 ( posterior lumbar interbody fusion，PLIF ) 等融合术方式之间以及支具使用与否的融合率和假关节发生率差异有统计学意义 [13,17]。近年来，随着腰椎平衡分析和运用的广泛研究，有学者指出腰椎矢状位的平衡在腰椎融合术后假关节形成中起着重要的作用 [18]，他们指出，术后腰椎矢状位失衡会增加内固定的张力和被作用力，影响内固定－骨之间的作用力，逐渐导致内固定松动等。

二、腰椎融合术后假关节形成的诊断

手术探查融合节段仍是目前惟一能够直接准确评估融合情况和假关节形成的方法和“金标准”，但是手术探查的创伤性和费用问题使其不可能成为诊断假关节的首选手段。腰椎融合失败，假关节形成后，常导致矫正度丢失、畸形复发、力线异常、腰椎失稳、活动或负重时产生腰背痛或伴有神经症状。常见症状有腰背部疼痛、臀部疼痛、大腿疼痛伴下肢放射痛或者肢体麻木、无力等 [19]，上述症状在腰椎融合术后再次出现或持续存在，除外感染、内固定失败、邻近节段退变以及初始诊断错误等原因导致的疼痛，须警惕假关节形成。但发生假关节患者早期多无临床症状或症状及体征不典型，文献报道腰椎融合术后假关节患者中 50% 多无任何临床症状 [20]。因此，单纯依靠临床症状诊断腰椎融合术后假关节形成可能会导致漏诊，诊断多依赖影像学检查，需要结合临床症状和影像学检查来综合分析、诊断。

在影像学检查中，腰椎融合的表现包括骨小梁通过融合间断、螺钉无松脱及融合器无下沉，反之，则提示假关节形成。在外科医生对患者的术后随访中，腰椎 X 线片和动力位 X 线片在临床使用最广泛和普遍，2000 年，FDA [21] 发布了腰椎融合术后手术节段融合与否的影像学指南：腰椎动力位片上腰椎平移＜3 mm，角度＜5°。但由于体内内固定给影像评估带来困难，假阴性几率比较高。研究发现，腰椎平片诊断与手术探查的一致性只有 43%～68% [22-23]。而动力位片由于内固定限制了手术部位腰椎的活动，给影像评估带来困难，不活动并不一定表明骨性融合，因此，对临床上无症状的不融合患者，X 线片及动力位的诊断价值有限，不推荐作为单独用于腰椎融合和假关节形成的评估 [24]。CT 可清楚显示假关节的骨桥不连续、内置物沉降、终板囊性变及内置物周围光晕 ( 提示松动 )等表现，研究表明 CT 表现与术中探查结果的相关性强、吻合率高，可同时清楚地显示融合、植入物及椎管狭窄等细节情况，是目前评估腰椎融合术后假关节形成较准确的影像学方法，较 X 线片具有显著的优势 [25-26]，推荐作为用于腰椎融合和假关节形成的评估。

近年来，MRI、99Tc 骨扫描、放射线比重测定分析( radiostereometric analysis，RSA )、超声等检查手段被逐渐用于腰椎融合术后假关节形成的诊断。使用 MRI 评估融合情况时，如在融合椎体相邻节段发现软骨下骨髓低信号强度的 T2加权像或高信号强度的 T1 加权像提示融合；相反，则提示不融合。Buchowski 等 [27] 报道 MRI 与术中探查所见的一致性为 66.7%。但由于金属植入物产生明显的伪影以及对骨性结构显示不佳，因此 MRI 不作为评估融合及假关节的常规手段。使用骨扫描评估融合情况时，如果手术融合部位放射标志物的增强表明持续的骨活动，提示假关节形成，但骨扫描的敏感度和特异度均较低 [28]。MRI、骨扫描等技术在融合情况及假关节评估仍存在局限性和争议，还需要进一步研究 [19]。

关于临床症状和影像学诊断之间的关系，一直存在争议，在研究中，腰椎融合术后出现假关节的患者可以获得良好的临床效果 [29]，同时腰椎融合术后融合良好的患者可能临床效果较差 [30]。Dhall 等 [19] 总结了 4 篇 Level II 和6 篇 Level III 的研究，其中 3 篇 Level II 和 4 篇 Level III 研究表明影像学上成功的融合和良好的临床效果呈正相关。剩余 3 篇指出影像学上成功的融合和良好的临床效果没有关系。作者指出，良好的腰椎融合会改善临床效果，术后假关节的形成会不利于临床症状的改善，因此，手术前应充分考虑到获得成功融合的相关策略，减少术后假关节的形成。

评估腰椎融合术后假关节形成的时间选择十分重要，术后不同时间评估，得到的假关节形成率也不一样 [16]。大多数文献通常是在术后 1 年进行评估，即在植骨融合期之后明确融合和假关节情况 [3,13,17]。也有作者指出，确定融合情况和假关节形成应该在术后 2～3 年进行评估，最晚可以推迟至 5 年 [31]。在他们研究中，术后 1 年诊断为假关节形成的患者在术后 3 年时，有 39% 的患者评估为融合；在术后 5 年时，有 67% 的患者评估为融合。这也许提示对于术后 1 年影像学诊断为假关节形成的患者，如果没有手术干预的指征，那么可以延长时间评估。

因此，腰椎融合术后假关节形成应结合临床症状和影像学检查来综合分析、诊断。笔者推断，当患者出现：( 1 ) 腰椎融合术后 1 年，负重或活动时，疼痛或伴有局部压痛，或伴有神经症状；( 2 ) 超过骨性愈合时间，影像学出现内固定折断松动、下沉或脱出；( 3 ) 超过骨性愈合时间，影像学发现植骨融合有骨小梁连续中断；( 4 ) 超过骨性愈合时间，腰椎过伸、过屈侧位 X 线片显示融合椎间出现水平移位≥3 mm，角度改变≥5°。以上 4 项中，出现第( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) 项中任何 1 项，伴或不伴有第 ( 1 ) 项同时存在，则腰椎融合术后假关节诊断可成立。伴有第 ( 1 ) 项的患者考虑腰椎融合术后症状性假关节形成。反之，考虑无症状性假关节形成。

三、腰椎融合术后假关节形成的手术治疗

腰椎融合术后假关节形成的患者不一定出现症状，且早期多无临床症状或症状不典型，并非出现假关节就需要手术处理和治疗，手术治疗患者的目的是改善患者的症状和提高生活质量。因此，如果患者腰椎融合术后 1 年出现：( 1 ) 影像学 ( 腰椎动力位 X 线片、CT 等 ) 有假关节形成证据；( 2 ) 出现腰痛或伴有神经症状等临床表现，影响生活和工作，且保守治疗 3～6 个月不缓解；( 3 ) 除外其它导致临床症状的原因，如肿瘤、炎症等。这类患者可进行手术治疗干预。

腰椎融合术后症状性假关节的手术治疗一直是具有挑战性的难题，关于其翻修手术效果，即翻修术后融合率和患者症状改善情况两方面，不同文献存在差异。文献报道腰椎融合术后假关节翻修手术治疗的融合率在 40%～100% [32-33]。对于患者症状改善情况，文献多采用疼痛视觉模拟评分 ( visual analog scale，VAS ) 评估患者疼痛情况，Oswestry 功能障碍指数 ( oswestry disability index，ODI )评估患者功能情况，以及 SF-36 评估患者生活质量情况。Adogwa 等 [32] 对 47 例翻修手术患者研究发现，患者的疼痛、功能以及生活质量较翻修手术前均显著改善，而Cassinelli 等 [33] 指出翻修术后患者疼痛、生活质量较术前改善，但部分患者的功能没有显著提高，可能与术前已存在神经持续压迫后不可逆变性有关。关于翻修手术治疗假关节的融合率和患者症状改善情况的关系，Dede 等 [34] 发现，翻修手术后良好的融合率是患者症状改善的前提，但患者症状的改善未必可以显著提高。他们均指出翻修手术前应充分分析前次手术融合失败的原因，做好足够的术前准备，以提高翻修手术的成功率。

关于翻修手术治疗的时机选择，对于需要手术处理的腰椎融合术后假关节形成患者，多数研究指出，在腰椎融合的融合期内不考虑手术，除非出现进行性腰椎不稳定，症状逐渐加重 [17,31]。此外，手术前应基于患者临床症状、查体、影像学资料确定患者是否手术治疗，除外其它引起长期疼痛的情况后再考虑手术。注意术前有异常精神症状、使用麻醉药品或者吸烟的患者，以及一些营养状态较差和使用增加假关节形成风险药物的患者，首先控制患者一般情况 ( 吸烟、营养等 )，再行手术治疗，因为这些可能会导致手术的临床效果改善不理想以及降低手术融合 [4,18-19]。

腰椎融合术后假关节形成翻修手术治疗时，应充分分析先前手术融合失败的原因，以及融合材料、手术方式和腰椎平衡等因素。对于融合材料的选择，应考虑选择融合率较前次手术高的移植骨种类和增加移植骨的量 [35]，提高移植骨的融合率和速度，同时植骨床表面软组织要充分清除，使植骨床和移植骨有充分的接触。刮除终板表面的软组织，使椎间融合器可以充分接触。对于内固定的选择，根据情况增加内固定数量和尺寸，保证足够的制动，比如使用更大尺寸螺钉更换松动的螺钉，延长内固定至髂骨等 [36-37]。对于骨质疏松患者，分析患者骨密度，必要时使用加强内固定，如骨水泥加强椎弓根钉 [38]。对于手术方式的选择，若原手术方式难以达到坚强固定融合，可考虑联合或改用其它手术方式 [17]，虽然不同翻修手术方式对于患者的融合率以及症状改善方面差异无统计学意义 [39]。最后，重建腰椎平衡，恢复腰椎正常生物力学也十分重要。腰椎矢状位平衡与腰椎融合术后预后密切相关，诸如邻近节段退变等，已经有大量文献报道研究 [40]。关于腰椎矢状位平衡在腰椎融合术后假关节形成中的作用也有报道 [18]，但相关方面的文献报道较少。一些学者研究了正常人群矢状位平衡后，提出了理想的手术矫正范围：SVA≤5～6 cm，TK＝40°～60°，LL＝45°～60°，PI＝40°～60°，PT＝12°～25°，SS＝30°～45° [41-42]。由于不同研究得出不同参数的正常范围很大，对于个体之间而言，参数数值可能相差很大，单纯依赖单个数值很难评估矫形是否平衡。因此各参数之间的联动关系在手术策略的制订上尤显重要。Lafage 等 [40] 通过对无症状成年人群的 PI 和 LL 进行回归分析后提出：LL＝PI＋9°，作者认为 SVA＜50 mm，PT＜20°，LL＝PI±9° 是达到术后腰椎－骨盆矢状位平衡的目标。Rose 等 [42] 对腰椎畸形患者术后随访的研究发现，术后矢状位参数的关系能达到 LL＋TK＋PI≤45° 时，矢状面平衡最为理想，优于 LL≥TK＋15° 和 LL≥PI＋10°的预测效果。因此，针对腰椎融合术后假关节形成患者手术翻修治疗时，应注意重建患者的矢状位平衡，恢复患者正常的生物力学。

腰椎融合术后的假关节是手术后疼痛产生的一个相关因素，但并不是形成了假关节就一定会出现疼痛症状，疼痛的发生可能与患者的年龄、病程、内固定本身的并发症( 如松动、断裂等 ) 以及融合后邻近节段的退变有关，临床诊断假关节形成需要除外这些情况。目前临床上还没有统一可靠的判断融合和假关节形成的标准，需要结合临床症状和影像学检查来综合分析、诊断。在手术治疗腰椎融合术后的假关节时，应充分分析先前手术失败和假关节形成的原因，制订相应的策略和措施，以提高手术治疗的成功性。同时，这也提示首次腰椎手术时，获得良好的骨融合是十分重要的。