腰椎椎弓根形態(tài)學(xué)研究及相關(guān)因素分析

戚力升，李森，謝明忠，李東東，王 清

（西南醫(yī)科大學(xué)：1附屬中醫(yī)醫(yī)院脊柱科；2附屬醫(yī)院脊柱外科，四川瀘州 646000）

社會人口老齡化日益增長，生活工作方式越來越快節(jié)奏、高強(qiáng)度，腰椎退變性疾病已然成為脊柱外科最常見的疾病之一[1]。腰椎退變繼發(fā)脊柱矢狀面的失衡，引起退變性腰椎滑脫、腰椎管狹窄、腰椎不穩(wěn)等疾病的發(fā)生，壓迫脊髓、神經(jīng)引起嚴(yán)重的腰腿疼痛。對保守治療無效者,常需行手術(shù)重建脊柱矢狀面平衡、恢復(fù)腰椎穩(wěn)定性[2]。近幾十年來，經(jīng)椎弓根螺釘固定技術(shù)廣泛用于腰椎退變性疾病的手術(shù)[3]。但手術(shù)中選釘不當(dāng)及置釘錯誤，則可能引起脊髓神經(jīng)、血管損傷及腦脊液漏等嚴(yán)重手術(shù)并發(fā)癥導(dǎo)致癱瘓甚至危及生命，術(shù)后還可能引起后凸畸形、螺釘拔出、內(nèi)固定松動等遠(yuǎn)期并發(fā)癥[4]。為避免術(shù)中、術(shù)后并發(fā)癥，提高腰椎椎弓根螺釘內(nèi)固定手術(shù)的成功率，需要充分了解腰椎椎弓根的形態(tài)學(xué)特征。研究發(fā)現(xiàn)，性別、年齡、身高及體重等因素影響不同個體間椎弓根解剖參數(shù)，但不同學(xué)者、不同研究方法所得到的結(jié)論并不一致[5-8]。本研究運(yùn)用64排螺旋CT三維重建技術(shù)觀察腰椎各椎弓根最狹窄處的解剖形態(tài)，測量腰椎椎弓根高度（pedicle outer height,POH）、寬度（pedicle outer width,POW）和椎弓根軸長（pedicle length,PL），同時(shí)觀察測量參數(shù)與性別、年齡、身高、體質(zhì)量的相關(guān)性，為腰椎椎弓根螺釘置釘提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象

收集2018年1月至2018年6月于西南醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)院住院部CT室行腰椎64排螺旋CT掃描的中國漢族成年人納入研究。排除標(biāo)準(zhǔn)：①骨折脫位或椎弓根骨折導(dǎo)致后凸畸形；②脊柱側(cè)彎；③合并腰椎感染性疾病、結(jié)核、腫瘤導(dǎo)致椎體解剖結(jié)構(gòu)異常；④自身免疫性疾病如：強(qiáng)直性脊柱炎、類風(fēng)濕性脊柱炎、彌漫性特發(fā)性骨韌帶肥厚癥等；⑤腰椎骶化、骶椎腰化、胸椎腰化等變異。

共收集中國漢族成年人胸腰段脊椎CT數(shù)據(jù)100例，其中男性56例、女性44例，年齡20～86歲，平均年齡（50.4±16.4）歲；身高151～178 cm，平均身高（163.3±7.3）cm；BMI18.1～28.7 kg/m2，平均BMI（23.6 ± 4.4）kg/m2。

1.2 測量指標(biāo)

①椎弓根高度（POH）：椎弓根最狹窄處皮質(zhì)骨上下外緣的距離；②椎弓根寬度（POW）：椎弓根最狹窄處皮質(zhì)骨左右外緣的距離；③椎弓根軸長（PL）：椎弓根軸線上從側(cè)塊后表面的起點(diǎn)到椎體前緣皮質(zhì)的距離；④體質(zhì)指數(shù)（body mass icdes,BMI）：以體重（kg）/身高（m2）計(jì)算。

1.3 測量方法

采用64排螺旋CT對L1～L5脊椎進(jìn)行連續(xù)性掃描,利用CT三維重建技術(shù)獲得圖像（層厚0.625 mm，窗寬1 300 HU、窗位400 HU），PACS系統(tǒng)中調(diào)取患者資料，利用PACS系統(tǒng)自帶工具觀察腰椎椎弓根最狹窄處冠狀面形態(tài)，測量左右兩側(cè)椎弓根POH、POW、PL（圖1），精度為0.1 mm。

圖1 腰椎椎弓根各形態(tài)學(xué)參數(shù)測量

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

運(yùn)用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，正態(tài)分布計(jì)量資料用表示，兩個樣本均數(shù)比較采用t檢驗(yàn)，多個樣本均數(shù)比較用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD法。椎弓根形態(tài)學(xué)測量參數(shù)與性別、身高、年齡、BMI之間的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 腰椎椎弓根最狹窄處形態(tài)

腰椎椎弓根最窄處冠狀面形態(tài)：L1、L2多為縱橢圓形（L175%、L264%）、腎形（L124%、L234%），少數(shù)為不規(guī)則形（L11%、L22%），L3多為斜橢圓形（88%）、少數(shù)為縱橢圓形（12%），L4、L5全為斜橢圓形（100%），見圖2。

2.2 腰椎椎弓根測量參數(shù)

2.2.1 各腰椎左右兩側(cè)椎弓根測量參數(shù)比較

L1～L5左右兩側(cè)椎弓根POH、POW及PL差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），左右兩側(cè)具有良好的對稱性解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，可將左右兩側(cè)數(shù)據(jù)合并計(jì)算。

2.2.2 腰椎POH、POW、PL比較

L1～L5POH、POW和PL的測量結(jié)果如表1所示。L1～L5POH均值為（12.7±1.7）mm，呈遞減趨勢，各腰椎POH差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。L1～L5POW均值為（9.3±1.6）mm，呈遞增趨勢，各腰椎POW差異亦有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；其中L1～L3POH＞POW，L4POH≈POW,L5POH＜POW。L1～L5的PL均值為（50.6±1.7）mm，各腰椎的PL差異亦有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

2.3 相關(guān)因素分析

如表2～5所示，腰椎各節(jié)段POH、POW、PL與性別、身高相關(guān)，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；與年齡、BMI不相關(guān)，無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

圖2 腰椎弓根最窄處冠狀面形態(tài)

表1 L1～L5椎弓根測量參數(shù)（x ± s，n=100）

表2 L1～L5椎弓根測量參數(shù)與性別因素的相關(guān)性

表4 L1～L5椎弓根測量參數(shù)與身高因素的相關(guān)性

表5 L1～L5椎弓根測量參數(shù)與BMI的相關(guān)性

3 討論

3.1 腰椎椎弓根的形態(tài)學(xué)特點(diǎn)

腰椎椎弓根是一外層皮質(zhì)骨內(nèi)層松質(zhì)骨的多形態(tài)管狀結(jié)構(gòu)。其狹窄處冠狀面形態(tài)各異，有腎型、橢圓形、淚滴型，少部分不規(guī)則型，甚至有報(bào)道腰椎存在全皮質(zhì)型椎弓根[9-10]。Robertson等[11]觀察到椎弓根最狹窄處的冠狀面并非垂直于橫斷面，而是向脊柱中線傾斜的橢圓形。我國學(xué)者張丙磊等[12]將L5椎弓根形態(tài)根據(jù)形狀分為L型和S型兩種。本研究發(fā)現(xiàn)，腰椎椎弓根最窄處冠狀面形態(tài)多種多樣，尤其是不同腰椎節(jié)段間的形態(tài)差異巨大。L1、L2多為縱橢圓形（L175%、L264%）、腎形（L124%、L234%），少數(shù)為不規(guī)則形（L11%、L22%），L3多為斜橢圓形（88%）、少數(shù)為縱橢圓形（12%），L4、L5全為斜橢圓形（100%），未發(fā)現(xiàn)全皮質(zhì)型椎弓根。此外，L1～L5各椎弓根之間的形態(tài)學(xué)參數(shù)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；腰椎各節(jié)段POH、POW和PL的均值分別為（12.7 ± 1.7）、（9.3 ± 1.6）和（50.6± 1.7）mm，L1～ L5POH逐漸遞減，L1～L5POW、PL逐漸遞增，L1～L3POH＞POW，L4POH≈POW,L5POH＜POW，椎弓根的形態(tài)學(xué)測量參數(shù)在不同節(jié)段、不同個體間有較大差異。

3.2 腰椎形態(tài)學(xué)測量參數(shù)對螺釘直徑選擇的影響

腰椎形態(tài)學(xué)參數(shù)影響椎弓根螺釘?shù)墓潭◤?qiáng)度，選擇合適直徑的椎弓根螺釘在腰椎內(nèi)固定上有重要意義[13-14]，Zdeblick等[15]研究了椎弓根寬度與拔出力量的關(guān)系，在螺釘直徑不變的情況下，椎弓根寬度越大，抗拔出強(qiáng)度越差。選擇直徑占椎弓根寬度（POW）80%的螺釘能最大限度地增加螺釘?shù)目拱纬鰪?qiáng)度和抗彎強(qiáng)度[16]。Makino等[17]指出，臨床上大多以CT水平橫斷面上的椎弓根皮質(zhì)內(nèi)外緣距離來選擇螺釘直徑，但是腰椎椎弓根冠狀面形態(tài)學(xué)顯示（圖2），其冠狀面形態(tài)是橢圓形而非圓形，其橫斷面長軸與矢狀面之間有一定的夾角，此種情況在L4、L3上更為明顯。通常測量的椎弓根寬度并不是其最小值，尤其在L4、L5，椎弓根最小寬度比其水平寬度更小。如在置釘過程中按照臨床上以水平寬度選擇螺釘直徑，盡管椎弓根螺釘在標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位片上離椎弓根下緣仍有2～3 mm距離，但此時(shí)椎弓根內(nèi)下壁可能已被穿破，出行神經(jīng)根可能已受到螺釘擠壓，同時(shí)椎弓根的抗拔出強(qiáng)度下降[18-19]。陳文杰等[20]報(bào)道，在下腰椎當(dāng)POH＜POW時(shí)，置釘應(yīng)以POH為參考。

從椎弓根POH和POW的變化規(guī)律上看，L1～L3POH＞POW，L4POH≈POW,L5POH＜POW，提示我們在 L1～L3上應(yīng)以 POW 來選擇螺釘直徑，L4、L5以POH來選擇螺釘直徑，但不同性別、年齡、身高、體重的人群可能對椎弓根的POH、POW有不同的影響。為減小椎弓根破裂引起神經(jīng)血管損傷的風(fēng)險(xiǎn)，患者術(shù)前個體化的3D-CT測量可充分了解椎弓根形態(tài)學(xué)參數(shù)，為螺釘直徑的選擇提供客觀依據(jù)。

3.3 相關(guān)因素的研究及意義

研究發(fā)現(xiàn)椎弓根形態(tài)學(xué)的解剖參數(shù)可能受性別、年齡、身高、體重、人種等因素的影響[5-8]。Zhuang等[6]采用Person相關(guān)分析研究性別、身高、體質(zhì)指數(shù)與胸腰椎椎弓根解剖參數(shù)的相關(guān)性，結(jié)果證實(shí)椎弓根最窄處的高度、寬度以及軸長與性別、身高存在顯著的正相關(guān)性，但與體質(zhì)指數(shù)無明顯相關(guān)性；Amo-noo-Kuofi等[7]的研究結(jié)果亦表明，不同年齡段部分腰椎椎弓根的高度和寬度存在明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。楊曉凱[8]研究漢族和維吾爾族男性胸腰段椎弓根解剖學(xué)參數(shù)有顯著差異。腰椎椎弓根解剖參數(shù)與其相關(guān)因素的關(guān)系目前尚不完全明了，不同學(xué)者、不同研究方法得到的結(jié)論也不盡相同。本研究結(jié)果顯示，中國漢族成年人性別、身高是影響腰椎椎弓根形態(tài)學(xué)參數(shù)的重要因素，年齡、BMI與腰椎椎弓根形態(tài)學(xué)參數(shù)無顯著相關(guān)性，提示在椎弓根置釘時(shí)應(yīng)考慮性別、身高的影響。

此外，本研究僅測量了部分形態(tài)學(xué)參數(shù)，測量與閱片可能存在誤差。對其它形態(tài)學(xué)參數(shù)（如椎弓根間距、椎弓根內(nèi)外傾角等）相關(guān)因素的相關(guān)性還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

中國漢族成年人胸腰段脊柱POH、POW、PL與性別、身高存在顯著相關(guān)性，但與年齡、BMI無明顯相關(guān)性；L1～L3上應(yīng)以POW來選擇螺釘直徑，L4、L5以POH來選擇螺釘直徑,螺釘直徑的選擇可術(shù)前采用個體化3D-CT測量作為數(shù)據(jù)支持，對提高手術(shù)安全性具有重要臨床意義。