常见的脊柱矫形技术中的生物力学原理

常见的脊柱矫形技术中的生物力学原理

脊柱矫形手术是治疗脊柱侧凸等畸形的重要手段，其技术原理涉及复杂的生物力学。本文将详细介绍几种常见的脊柱矫形技术及其生物力学原理。

撑开和压缩

撑开和压缩是脊柱侧凸矫形的基本操作。在冠状面上，凹侧撑开、凸侧压缩可以矫正畸形（见下图）。在矢状面上，后方撑开产生后凸（纠正前凸）、后方压缩产生前凸（纠正后凸）。撑开与压缩操作中，脊柱所受的力是平行于脊柱长轴的拉力，这种拉力在椎体上可以形成围绕纵轴的弯矩，可以同时矫正脊椎在轴状面的旋转。

去旋转技术

去旋转技术来源于传统的旋棒技术（见下图）。其技术要点是将棒根据生理矢状面形态弯成理想的弧度，将预弯棒置入侧弯的凹侧（需矫正前凸畸形时），此时棒的预弯平面自然位于冠状面，与侧凸平面一致，然后把棒向凹侧（或凸侧）旋转90°，此时棒在冠状面笔直，使侧凸得到纠正。而由于棒的预弯平面此时已被转向矢状面，从而矫正原有的矢状面畸形。

需要注意的是，棒旋转过程中，放置位置欠佳的椎弓根螺钉可能会在椎弓根内出现切割，甚至进入椎管或致椎弓外侧壁骨折，螺钉侵犯主动脉（见下图2）。去旋转技术很少使用椎板钩或横突钩作为锚点，因为如果钩不随棒旋转，则钩-骨界面处可能会产生显著的应力，出现椎板或横突骨折，进而失去锚点。

传统去旋转技术使用的是单棒去旋转，在胸弯AIS的矫形中，凹侧旋棒的同时需要助手在凸侧加压以减少剃刀背畸形，但这也带来了胸椎后凸重建不足的问题。

Ito等在2010年提出了双棒同时去旋转技术，基本操作是将两根棒与椎弓根螺钉锁定后，同时旋转两根棒，起到去旋转和矫形的作用。从生物力学的角度来说，双棒同时去旋转在凸侧不会产生向下的推力，而是向上、向侧方产生拉力（见下图3）。矫形时凹侧棒比凸侧棒预弯更多，且凹侧椎体的矫形距离比凸侧椎体更多，起到去旋转的作用。

平移技术

平移技术的矫形原理是把在矢状面上已预弯成所希望的棒置于侧凸区，再通过长尾复位钉把脊椎依次横向拉向预弯棒而纠正侧凸（见下图），同时恢复胸椎矢状面后凸，此技术特别适合于胸椎侧凸。

平移技术中脊柱受到的矫形力是垂直于冠状面侧弯的拉力，而非去旋转操作中围绕脊柱长轴施加的旋转力，因此在去旋转效果上不如去旋转技术，但平移技术适合脊柱较为僵硬，无法有效去旋转的患者。

悬梁臂技术

悬梁臂技术是指在脊柱侧凸（或后凸）矫形中先将棒的一端与脊柱后份的锚点（如椎弓根螺钉）固定，再将棒的另一端靠近与之相对应的锚点，这样在已经固定住的脊柱处可以产生悬梁臂的力量，使脊柱根据棒的形状产生塑形而重新排列（见下图）。悬梁臂技术中脊柱的矫形力实质上与平移技术中的矫形力一致，主要是垂直于冠状面侧弯的拉力，两种技术均是利用棒的形状使脊柱塑形。

原位弯棒技术

原位弯棒技术是指在锚点（椎弓根螺钉或钩）安置完成后，将棒根据侧弯的曲度预弯并安装，然后使用弯棒工具将安装完成的棒折弯，使脊柱随着棒的变直而变直。原位弯棒技术中脊柱所受到的矫形力包括冠状面和矢状面上的平移力，使脊椎的空间位置发生相应的改变（见下图）。原位弯棒技术还可用于多种其他矫形技术完成矫形后的局部脊柱形态调整，以增加前凸或进一步改善顶椎区的矫形效果等。

后路共平面技术

2008年，Vallespir介绍了一项用于单胸弯的新型脊柱侧凸三维矫形技术。该技术的工作原理如下：每一节脊椎的空间位置由x、y、z三轴决定，其中x轴垂直于冠状面，y轴垂直于矢状面，而z轴垂直于横断面。正常人每一节脊椎的x轴和z轴均保持不变，称之为共平面。

而脊柱侧凸患者的各节脊椎的x轴和z轴尚未达到共平面的状态。将每一节脊椎的x轴和z轴重新达到共平面的技术，称为共平面矫形技术（vertebral coplanar alignment, VCA）（见下图），又称为Coplanar矫形技术。

因为脊柱侧凸是三维畸形，涵盖冠状面的侧凸、轴状面的椎体旋转和矢状面的后凸减少甚至前凸，因此可以将上述理论运用于单胸弯的矫形。椎弓根螺钉固定从后向前贯穿后、中前三柱，将全部螺钉综合起来看，每一枚螺钉轴线代表着每一块脊椎在三维空间的位置，显然未矫形前这些轴线相互间为异面直线。如能通过手术操作将这些异面的轴线重新排列，使其位于同一个平面内，那么无论是冠状面的侧凸、矢状面的后凸减少，或是轴状面的椎体旋转，都能得到满意的矫正（见下图2）。

以上图片主要来自于《儿童脊柱外科学》邱勇