一、研究背景随着矫形器械及治疗技术的进步,成人脊柱畸形（adult spinal deformity,ASD）的矫正效果越来越好,但其术后并发症也不容忽视,比如近端交界性后凸（proximal junctional kyphosis,PJK）。ASD术后PJK发生率高,仍未完全阐明其危险因素。生物力学研究表明,近端韧带复合体损伤是促进PJK发生的潜在因素;近端韧带强化能预防PJK。然而,当前报道的韧带强化措施操作复杂、存在损伤硬脊膜和脊髓的风险;有的生物力学研究与实际临床手术操作差异较大。韧带强化增加近端交界区活动节段的屈曲刚度,缓和了固定节段到活动节段刚度的骤然降低,实现了交界区刚度过渡。相应地,降低近端内固定结构的刚度同样能够实现刚度过渡。因此,在固定结构近端采用半刚性结构可能是预防PJK的一种策略。二、研究目的1、研究ASD长节段内固定矫形术后PJK和PJF发生率,分析后方韧带复合体损伤等因素对其发生的影响。进一步通过系统评价和Meta分析寻找ASD术后PJK的影响因素。2、建立ASD后路内固定矫形手术的有限元模型,结合“新鲜冰冻”尸体模型,研究课题组设计的韧带强化方式预防PJK的理论可能性。3、进一步研究设计的近端低刚性结构对PJK和PJF的预防作用。三、研究方法（一）ASD术后近端交界性后凸的影响因素分析。第一节:ASD内固定矫形术后PJK和PJF的临床回顾性研究。回顾在我院行内固定矫形的ASD病例。入选标准为:（1）明确诊断为ASD;（2）手术年龄≥40岁;（3）提供术前、术后2周内以及末次随访时X片;（4）随访时间≥6月;（5）融合节段≥5。PJK诊断标准:UIV下终板与UIV+2上终板所成后凸角大于10°,且较术前增加10°以上。PJF定义为:因为PJK行翻修手术,或者近端交界区内固定失败,UIV、UIV+1、UIV+2椎体骨折或脱位。搜集年龄、性别等资料。测量术前、术后2周内和末次随访时脊柱矢状位参数。当变量满足正态分布时,采用独立样本t检验比较组间参数差异,反之则采用Mann-Whitney U检验。Logistic回归分析寻找PJK和PJF的影响因素。第二节:ASD内固定矫形术后近端交界性后凸发生率及其危险因素分析------系统评价和Meta分析。课题组2019年09月30日检索Pub Med,Web of Science,中国知网和万方数据。纳入标准为:（1）病例对照研究或队列研究;（2）研究人群年龄18岁以上;（3）融合固定4个节段以上;（4）随访时间在12月以上;（5）至少报道一个PJK相关危险因素;（6）中文或者英文文献。提取文献基本信息;患者一般资料;术前、术后的影像学参数,及其术后参数变化;手术相关信息;术前和末次随访时ODI和SRS-22评分。统计分析采用Review Manager version 5.3（The Cochrane Collaboration,Oxford,UK）和STATA 12.0（Stata Corporation,College Station,TX,USA）软件完成。（二）基于棘突锚定的韧带强化预防PJK的生物力学分析。1、有限元分析。建立四种ASD内固定矫形手术模型（T1-L5）。A:全椎弓根螺钉固定。B:UIV+1/UIV/UIV-1间采用尼龙绳捆绑棘突进行韧带强化。C:UIV+1/UIV/UIV-1间采用尼龙绳捆绑棘突并且将尼龙绳锚定于下端的横连杆。D:UIV+1/UIV/UIV-1间采用尼龙绳捆绑棘突并且将尼龙绳锚于到延伸到UIV+1节段的内固定棒。加载最大扭矩10N.M于T1椎体。研究近端交界区椎体、椎间盘和内固定的生物力学变化;研究不同韧带强化方式对内固定结构应力的影响。2、尸体应力加载分析。选取5具“新鲜冰冻”尸体,截取其T5-L2脊柱节段,严格按照A到G顺序实验。加载最大扭矩5N.M于T5椎体上端。A组:测量完整脊柱标本整体活动范围（ROM）。B组:切除T12/L1节段ISL/SSL,观察整段脊柱标本ROM。C组:切除T11/T12节段ISL/SSL,观察整段脊柱标本ROM。手术固定T9/T10/T11/T12节段,比较不同韧带强化方式对近端交界区ROM的影响。D组:全椎弓根螺钉固定。E组:全椎弓根螺钉固定,尼龙绳捆扎UIV+1/UIV/UIV-1之间棘突。F组:全椎弓根螺钉固定,捆扎UIV+1/UIV/UIV-1之间棘突,尼龙绳锚定在横连杆上。G组:全椎弓根螺钉固定,捆扎UIV+1/UIV/UIV-1之间棘突,尼龙绳锚定在延长到UIV+1的矫形棒上。当变量满足正态分布时,LSD-T检验比较组间ROM是否存在差异,否则采用非参数检验。统计分析软件采用SPSS18.0（Chicago,IL,The United States）版本。（三）半刚性固定对近端交界性后凸预防的生物力学分析1、有限元实验。建立四种有限元模型:A:全椎弓根螺钉固定;B:UIV采用椎板钩固定;C:UIV-1/UIV之间弹簧棒固定;D:UIV-1/UIV之间Dynesys固定。加载最大扭矩10N.M于T1椎体。比较近端交界区ROM（UIV/UIV+1和UIV+1/UIV+2）;UIV、UIV+1和UIV+2椎体前侧应力;椎间盘应力（UIV/UIV+1和UIV+1/UIV+2）;UIV螺钉和棒应力。2、尸体应力加载实验。利用前一部分“新鲜冰冻”尸体脊柱标本,遵循A到E组的实验顺序。比较不同组间UIV/UIV+1和UIV+1/UIV+2节段ROM的差异。加载最大扭矩5N.M。A组:全椎弓根螺钉固定;B组:UIV采用椎板钩;C组:UIV/UIV-1采用Dynesys;D组:UIV/UIV-1采用自制的弹簧棒（大螺距）;E组:UIV/UIV-1采用自制的弹簧棒（小螺距）。进一步,比较弹簧棒与韧带强化差异。统计方法同前。四、研究结果（一）成人脊柱畸形术后近端交界性后凸发生的危险因素分析。第一节:成人脊柱畸形内固定矫形术后PJK和PJF的临床回顾性研究。累计94例ASD病例纳入研究,PJK和PJF发生率分别为31.91%和7.45%。PJK组骨质疏松椎体压缩性骨折（OVCF）（P<0.001）和UIV棘突破坏比例高于Non-PJK组（P<0.001）。术前,PJK组如下参数大于Non-PJK组:C2S（P=0.038）;c-SVA（P=0.009）;TLK（P=0.004）和CTPA（P=0.008）。术后两周,PJK组TLK（P=0.031）大于Non-PJK组,L1-L4前凸小于Non-PJK组（P=0.042）。末次随访,PJK组如下参数大于Non-PJK组:c-SVA（P=0.012）;T1-Slope（P=0.005）;TLK（P=0.005）;SVA（P=0.002）;CPA（P=0.038）;PJA（P<0.001）。然而,上腰椎前凸L1-L4小于Non-PJK组（P=0.007）。单因素回归分析发现如下危险因素:年龄>65岁（OR=3.26,P=0.012）,OVCF（OR=9.02,P<0.001）,UIV棘突破坏（OR=0.12,P<0.001）,术后LL（OR=3.06,P=0.045）,术前TLK（OR=3.06,P=0.002）,术后TLK（OR=6.02,P=0.040）,TLK变化（OR=6.74,P<0.001）。单因素回归分析发现PJF危险因素为:OVCF（OR=27.50,P=0.001）,UIV棘突破坏（OR=0.09,P=0.030）,PT变化（OR=18.40,P=0.026）,术后TLK（OR=16.33,P=0.016）。进一步多因素分析发现:PJK危险因素为,OVCF（OR=10.58,P=0.001）和UIV棘突破坏（OR=0.14,P=0.003）;PJF主要危险因素为OVCF（OR=36.80,P=0.003）。第二节:成人脊柱畸形内固定矫形术后PJK发生率及其危险因素分析------系统评价和Meta分析。检索到1130篇文献,最终纳入59篇。累计8626例ASD病例纳入研究,包括2599例PJK和354例PJF。整个人群PJK/PJF发生率为34.23%。PJK组如下参数大于Non-PJK组:年龄（WMD=2.72,P<0.001）;女性比例（OR=1.55,P<0.001）;65岁以上比例（OR=2.39,P=0.003）;骨质疏松比例（OR=1.58,P=0.01）。T-score评分（WMD=-0.5,P<0.001）小于Non-PJK组。术前PJK组如下参数大于Non-PJK组:SVA（WMD=19.19,P<0.001）;PI-LL（WMD=2.64,P=0.02）;PT（WMD=2.71,P<0.001）。然而LL（WMD=-1.95,P<0.001）和SS（WMD=-3.41,P=0.007）小于Non-PJK组。PI（P=0.73）,TK（P=0.60）和PJA（P=0.80）无差异。术后早期,PJK组只有PJA（WMD=5.82,P<0.001）大于Non-PJK组。末次随访,PJK组如下参数大于Non-PJK组:TK（WMD=6.68,P<0.001）;PJA（WMD=6.50,P<0.001）;SVA（WMD=7.07,P=0.02）和PT（WMD=0.99,P=0.01）。末次影像学参数变化比较发现,PJK组TK（WMD=6.63,P<0.001）增加大于Non-PJK组,SVA（WMD=-9.42,P=0.01）和PI-LL（WMD=-6.99,P<0.001）变化值小于对照组。然而,LL（P=0.07）,PT（P=0.12）和SS（P=0.14）变化幅度无统计学差异。LIV融合到S1或者骨盆（OR=2.08,P<0.001）和UIV终止到下胸段（OR=1.64,P=0.04）增加PJK风险。韧带强化（OR=0.34,P<0.001）和UIV使用椎板钩（OR=0.46,P<0.001）能降低PJK风险。然而,并未发现椎体强化（P=0.98）能预防PJK发生。术前两组间ODI（P=0.07）和SRS-22评分（P=0.056）无差异;末次随访时PJK组ODI（WMD=6.08,P=0.002）高于Non-PJK组,SRS-22评分（WMD=-0.24,P<0.001）低于Non-PJK组。（二）基于棘突锚定的韧带强化预防近端交界性后凸生物力学分析。1、有限元模拟实验结果。就UIV/UIV+1节段而言,A组在不同工况下ROM最大,大于B组,C组和D组。A组、B组、C组和D组ROM分别为（前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋和右旋）:3.35°、3.13°、3.48°、3.43°、2.21°和1.92°;3.14°、2.95°、3.25°、3.18°、2.01°和1.74°;2.90°、2.74°、2.94°、2.87°、1.79°和1.58°;和2.92°、2.76°、2.96°、2.89°、1.81°、和1.60°。UIV+2/UIV+1节段ROM大于UIV+1/UIV节段,但是不同组间变化趋势一致。靠近头侧椎体应力较大（T6>T7>T8）。就T8椎体而言,不同组间比较发现,A组压强最大（后伸、前屈、左弯、右弯、左旋和右旋压强分别为:29.94MPa、32.23 MPa、29.66 MPa、30.18MPa、20.83 MPa和20.57 MPa）,D组应力最小（后伸、前屈、左弯、右弯、左旋和右旋压强分别为:29.94MPa、32.23 MPa、29.66 MPa、30.18MPa、20.83 MPa和20.57 MPa）,这种趋势在前屈时更加明显。就T7椎体而言,不同组间比较发现,A组应力最大（后伸、前屈、左弯、右弯、左旋和右旋压强分别为:30.45MPa、30.82 MPa、27.24MPa、28.64MPa、16.70 MPa和16.72 MPa）,D组最小（后伸、前屈、左弯、右弯、左旋和右旋压强分别为:27.20MPa、21.93MPa、24.53MPa、25.61MPa、14.66 MPa和15.01 MPa）。T6椎体变化类似。A组在所有工况下,T7/8椎间隙应力最大;韧带强化能够降低该椎间隙应力。D组T7/8椎间隙应力较小（后伸、前屈、左弯、右弯、左旋和右旋压强分别为:18.55MPa、6.53 MPa、18.73 MPa、19.92MPa、6.17 MPa和6.55 MPa）。T6/7椎间隙应力也呈现类似结果。不同组间UIV螺钉应力比较发现,A组前屈时应力较大,D组最小。然而,韧带强化增加近端螺钉扭转时应力。韧带强化降低棒应力,而且但并不影响整体棒应力分布。2、尸体应力加载分析。前屈5N.M加载时,A组,B组和C组ROM分别为8.57°±0.82°,9.16°±0.92°和9.94°±0.55°。就UIV+1/UIV节段而言。前屈加载时,仅仅尼龙绳捆扎UIV+1/UIV/UIV-1之间棘突,并不能很好限制其ROM（E组vs.D组:3.23°±0.15°vs.4.01°±0.80°,P=0.083）。G组ROM最小（1.68°±0.24°）,显著小于F组（2.77°±0.47°）和E组（3.23°±0.15°）。左侧屈时,三种韧带强化方式都能降低UIV+1/UIV之间ROM。右侧屈加载时,D组和E组之间ROM无差异,然而D组ROM大于F组和G组。UIV+2/UIV+1节段ROM无差异。（三）半刚性固定对近端交界性后凸预防的生物力学分析。1、有限元模拟实验结果。就UIV/UIV+1节段而言,不同工况间比较发现,前屈工况时ROM最大。不同组间比较发现,A组ROM最大（前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋和右旋:3.35°、3.13°、3.48°、3.43°、2.21°和1.92°）,大于B组（前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋和右旋:3.14°、2.95°、3.25°、3.18°、2.01°和1.74°）,C组（前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋和右旋:2.90°、2.74°、2.94°、2.87°、1.79°和1.58°）和D组（前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋和右旋:2.92°、2.76°、2.96°、2.89°、1.81°、和1.60°）。A组UIV椎体应力较大,其次为B组,C组和D组。A组、B组、C组和D组ROM分别为:（前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋和右旋:29.94MPa、32.23MPa、29.66MPa、30.18MPa、20.83MPa和20.57MPa;29.80MPa、31.10MPa、29.78MPa、30.26MPa、16.57MPa和16.41MPa;29.10 MPa、30.64 MPa、28.63 MPa、26.83 MPa、15.08 MPa和14.78 MPa和28.10 MPa、31.08 MPa、28.25 MPa、27.68 MPa、14.70 MP和14.29 MPa）。T7椎体与T8椎体趋势类似,然而T6椎体不同组间变化并不明显。A组T7/8椎间盘应力较大（前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋和右旋:20.98MPa、22.40MPa、20.32MPa、22.51MPa、13.87MPa和12.95MPa）,C组和D组压强略小。T6/7椎间盘间隙类似。A组左右侧弯和旋转时的应力更大,C组UIV螺钉在前屈和后伸时应力较小。A组矫形棒应力最大,弹簧棒组相对较小。不同加载方式比较发现,旋转加载棒应力较大。2、尸体应力加载分析。就UIV/UIV+1节段而言,A组ROM相对较大（前屈、后伸、左侧弯和右侧弯:4.01±0.80°、2.59±0.41°、3.31±0.18°和3.56±0.30°）;其次为B组（前屈、后伸、左侧弯和右侧弯:2.97±0.27°、2.60±0.41°、2.59±0.12°和2.01±0.74°）;E组最小（前屈、后伸、左侧弯和右侧弯:1.50±0.37°、2.53±0.22°、2.61±0.20°和2.35±0.20°）。韧带强化比Dynesys能更好降低UIV/UIV+1节段屈曲ROM,但是与小弹簧差异不大。五、结论1、手术能有效矫正ASD矢状位畸形,却无法逆转躯干前倾的退变过程。手术固定节段曲度恒定,近端交界区未融合节段可能会代偿性后凸增加,PJK/PJF可能是过度后凸代偿的结果。颈椎活动度大,对PJK和PJF的代偿能力较强。保留UIV棘突,避免损伤UIV/UIV+1之间ISL/SSL可减小术后PJK风险。2、PJK会降低ASD患者生存质量,采用PJA≥10°作为诊断界值时,其发生率约为30～35%。高龄、骨质疏松、术前有SVA过大、腰椎前凸减小、骨盆过度后旋、手术LIV延长到骨盆和UIV终止在下胸段,术后PJK风险高。SVA和LL不宜矫正过大。近端采用椎板钩和韧带强化是预防术后PJK的可选方法。3、ISL/SSL对限制脊柱ROM具有重要作用,损伤会显著降低脊柱的屈曲刚度。韧带强化能够能增加近端交界区活动节段屈曲刚度,减缓固定节段到活动节段的刚度骤降。UIV-1/UIV/UIV+1棘突捆绑并且锚定于延长的内固定棒上,是限制ASD术后近端非融合节段ROM和降低相应节段椎体和椎间盘应力效果更好结构。4、当不考虑矫形力时,UIV/UIV-1间采用Dynesys和弹簧棒这种半刚性过渡方式,能够实现交界区刚度过渡。近端内固定的刚度越小,其缓和应力集中效果越好。Dynesys和弹簧棒可能并非恰当的半刚性过渡结构,但是近端半刚性固定的理念值得外科医生和器械研发人员的重视。