CT測量正常國人腰椎椎弓根釘?shù)绤?shù)研究

李身泰 李明 馬維

腰椎退行性疾患數(shù)量逐年增加。其中，腰椎結(jié)構(gòu)退變嚴重的患者需要手術(shù)治療，以增加病變節(jié)段的穩(wěn)定性。后路椎管減壓椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)是治療腰椎疾患的常用方式之一。在應用該技術(shù)時，椎弓根釘?shù)奈恢貌划數(shù)葐栴}時有發(fā)生。文獻報道椎弓根釘位置不當?shù)陌l(fā)生率約15.7%[1,2]。其中部分病人出現(xiàn)了腰椎不穩(wěn)、神經(jīng)損傷、斷釘斷桿,螺釘松動等嚴重并發(fā)癥。約2%～12%的螺釘松動病例需要進行二次手術(shù)返修[3]。產(chǎn)生這些失敗病例原因有兩方面：(1)雖然已有學者對人體尸體腰椎參數(shù)進行了測量研究[4]，也有文獻報道了螺旋CT應用于腰椎椎體的CT值方面的研究[5]。但是，正常國人人體腰椎的解剖參數(shù)卻沒有詳細的記錄和總結(jié)。(2)內(nèi)固定物多為參照西方人體數(shù)據(jù)所設計，而不同人種之間的椎體的形態(tài)存在差異[6]。針對這些原因，精確測量腰椎椎弓根螺釘?shù)尼數(shù)绤?shù)將會明顯降低誤置螺釘?shù)陌l(fā)生率。本試驗通過螺旋CT掃描并測量正常人體腰椎的椎弓根螺釘?shù)尼數(shù)绤?shù)，了解腰椎椎弓根所能容納的螺的釘直徑及長度，規(guī)劃正確的進針通道，為進行腰椎后路手術(shù)和制造適合國人的內(nèi)固定物提供數(shù)據(jù)參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 隨機選取自愿參加本試驗的正常人群志愿者，符合入選標準者58例，男30例，女28例；年齡23～48歲，平均年齡(35±0.69)歲；身高1.56～1.80 m，平均身高(1.68±0.07)m。試驗過程中，無人員中途退出。本試驗通過河北醫(yī)科大學第二醫(yī)院科研倫理審查，所有的志愿者理解并同意本研究的設計，并簽署知情同意書。

1.2 入選標準 BMI正常，腰椎無腫瘤、損傷、退變、感染或手術(shù)等問題，無發(fā)育不良、畸形等先天性疾病，無疼痛不適等癥狀的志愿者。

1.3 方法 志愿者取俯臥位，模擬腰椎后路手術(shù)的體位，應用GE Light Speed 16排CT對志愿者的腰椎椎體進行掃描。常規(guī)進行椎體定位，確定掃描參數(shù)[6,7]為：電壓140 kV，電流250 mAs，掃描野Head(25 cm)，準直16 cm×0.625 mm，螺距(pitch)0.526∶1，層厚0.625 mm，自志愿者L1椎體開始，連續(xù)掃描至L5椎體。用計算機軟件GE Healthcare選擇和處理掃描后的圖像，再使用華海Medviewer 3.0軟件精確選擇椎弓根釘?shù)蓝ㄎ粚用婧屯ǖ?，測量每個腰椎的椎弓根軸線與垂直線成角、椎弓根軸線與棘突軸線的成角,椎弓根寬度以及椎弓根釘入點至椎體前緣距離。重復測量3次，取平均值作為測量值。行全腰椎CT檢查記錄信息同時記錄相應的性別及年齡。見圖1～3。

圖1 CT三維定位椎弓根釘入釘點及釘?shù)缊D2 A角:椎弓根軸線與垂直線成角圖3 B角:椎弓根軸線與棘突軸線的成

1.4 觀察指標 A角、B角決定了椎弓根釘植入的垂直和水平方向；椎弓根寬度決定椎弓根釘?shù)闹睆剑脶旤c至椎體前緣距離指導選取椎弓根釘?shù)拈L度[8]。

1.5 統(tǒng)計學分析 應用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件，從L1～L5測量值的比較應用F檢驗,同一椎體左右側(cè)測量值的比較應用的t檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 椎弓根軸線與垂直線成角的角度 從L1～L5 A角越來越大，組間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，但L1、L2兩個節(jié)段的椎弓根軸線與垂直線成角差異無統(tǒng)計學意義(t=-0.051,P=0.959>0.05)。見表1。

表1 椎弓根軸線與垂直線成角的角度

2.2 椎弓根軸線與棘突軸線成角的角度 從L1到L5 B角逐漸增大，存在組間差異(P<0.05)，而同一椎體左右兩側(cè)椎弓根軸線與棘突軸線的成角差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表2。

表2 椎弓根軸線與棘突軸線成角的角度

2.3 左右椎弓根寬度 從L1到L5椎弓根寬度逐漸增大,組間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，而同一椎體左右椎弓根的寬度差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表3。

表3 左右椎弓根寬度

2.4 入釘點至椎體前緣的距離 從L1到L4入釘點至椎體前緣的距離差異不大，到L5后減小，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；同一椎體的左右側(cè)入釘點至椎體前緣的距離基本一致(P>0.05)。見表4。

表4 入釘點至椎體前緣的距離

3 討論

腰椎退行性病變以及腰椎壓縮性骨折是腰椎疾患的常見類型。當病變達到或超過一定程度時，腰椎便會發(fā)生結(jié)構(gòu)的改變，當改變累及到脊髓或神經(jīng)根所在的位置時，就會因壓迫相應的結(jié)構(gòu)而引發(fā)相應的臨床癥狀。此時，臨床醫(yī)師常采用后路減壓內(nèi)固定來對受壓迫組織進行減壓和恢復患者腰椎的正常序列和穩(wěn)定性。

腰椎后路椎弓根螺釘技術(shù)是將椎弓根螺釘通過椎弓根通道置入到椎體內(nèi)以加固脊柱穩(wěn)定性的一種內(nèi)固定技術(shù)，該技術(shù)可以同時固定椎體的前中后三柱。其在生物力學強度、三維穩(wěn)定性等方面均優(yōu)于其他脊柱內(nèi)固定方式,已成為治療腰椎疾病的標準術(shù)式[9]。應用椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)的關鍵在于精準確定椎弓根釘入釘點和釘?shù)罃?shù)據(jù)和選用相應合適尺寸的螺釘。隨著術(shù)中影像監(jiān)測系統(tǒng)、導航等影像技術(shù)的發(fā)展和應用，椎弓根螺釘技術(shù)的置入的準確性和安全性的得到了極大的提高。但是這些影像技術(shù)，都不能有效的顯示水平面軸位的置釘偏差[10,11]。而3D打印技術(shù)的基礎在于CT掃描的精度和后期軟件處理造模的水平， 其構(gòu)建的導板等輔助工具，由于上述原因和術(shù)中對解剖結(jié)構(gòu)顯露的原因，往往與實際情況有一定的的差別[12,13]。因此，術(shù)者仍依賴于定位針透視定位及術(shù)中的多次的釘?shù)捞讲閬磉M行置釘。我們的研究就著眼于軸向位置的角度測量，得出了軸向外展角度的變化趨勢。為精準置釘，減少并發(fā)癥提供依據(jù)。螺釘?shù)闹睆绞菦Q定內(nèi)固定強度的另外一個重要因素，臨床手術(shù)中，在置入椎弓根螺釘之前常常需要探查釘?shù)?，但無論是定位針還是金屬探針都比較細，椎弓根的空間有足夠的包容性供其走行，但椎弓根釘要遠遠粗于定位針和金屬探針，這時便無法確定椎弓根是否具有足夠的空間。臨床上還經(jīng)常遇到經(jīng)開路錐擴孔、探針探測預制釘?shù)赖纳舷聝?nèi)外四壁均完整后，按預制釘?shù)乐踩胱倒?，仍有椎弓根螺釘?shù)牟糠致菁y刺破椎弓根皮質(zhì)，裸露于椎弓根外部，或刺激神經(jīng)根，或降低內(nèi)固定的強度。文獻報道：如果螺釘螺紋突破釘?shù)纻?cè)壁，其抗拔出的強度會降低23.4%，埋下了斷釘、斷桿等內(nèi)固定相關并發(fā)癥的隱患[14]。文獻報道，螺釘直徑達到了椎弓根直徑的80%時，具有擁有更好的把持力和抗拔力，直徑越大，螺釘?shù)目拱纬瞿芰υ綇奫15]。然而，過度追求牢固而采用過粗的螺釘，往往會突破椎弓根皮質(zhì)，增加了置釘?shù)娘L險[16,17]。椎弓根螺釘突出椎弓根之外的現(xiàn)象并非罕見，Dayani等[2]報道的椎弓根釘位置不當發(fā)生率高達15.7%。但令人意外的是，臨床上神經(jīng)根和血管損傷的病例卻并不常見，這是因為神經(jīng)根和血管有部分活動性，如果椎弓根螺釘侵入椎管的程度在<2 mm，由于神經(jīng)根和血管的躲避，并不會引起相應癥狀。這些無癥狀的病例，臨床醫(yī)師低估了置釘所需要的高度精準性。脊柱手術(shù)中，術(shù)者需要了解腰椎各個結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)參數(shù)，對選擇螺釘?shù)拇笮?、長短、采取合適的入釘方向，從而減少內(nèi)固定并發(fā)癥有重要意義[18]。

椎弓根螺釘?shù)闹冕敺椒ㄓ泻芏?，常見的有Roy-Camille法、Margerl法、Krag法、AO定位法、Weinstein法等等。臨床上常采用人字嵴作為椎弓根釘內(nèi)固定術(shù)的進釘點[19]。Roy-Camille法與Margerl法在椎弓根螺釘?shù)倪M釘方向上存在差異，前者是幾乎為0°的水平進針，而后者選擇置釘方向相對于矢狀面頭傾約15°夾角。由于椎弓根為圓柱狀結(jié)構(gòu)，選擇不同的進釘點時,需要相應的調(diào)整進釘?shù)慕嵌纫员ＷC椎弓根螺釘安全行走于椎弓根內(nèi)，總結(jié)國內(nèi)外脊柱手術(shù)資料，不同的術(shù)者采用不同的進釘點及進釘方向。事實上,臨床工作中，并不存在適用于所有椎弓根的萬能進釘點及進釘方向。因此，術(shù)前影像學資料的應用便顯得尤為重要，不僅可以為螺釘型號的選擇進行術(shù)前指導，也可以為椎弓根螺釘進釘點提供一個范圍的參考。

腰椎局部結(jié)構(gòu)立體而不規(guī)則，我們常使用冠狀面、矢狀面和橫斷面來分析影像資料，但腰椎的局部結(jié)構(gòu)與其均不平行，因此，為了能更好的做好腰椎手術(shù)的術(shù)前指導，選擇一種合適的影像學方法便顯得尤為重要的。X線是臨床上常用的影像學檢查，其操作簡單，成像快速，價格低廉，圖像直觀，整體性強，但測量時需根據(jù)其匹配刻度計算，因為是整體成像，不能三維觀察，最大的問題是成像重疊，比如進行腰椎X線檢查時如果腸道積氣過多，那么圖像就會受到很大干擾。所以X線雖然在腰椎手術(shù)的術(shù)前指導上有一定作用，但仍存在很大欠缺。隨著科技的發(fā)展，計算機輔助導航技術(shù)已經(jīng)開始在臨床應用，計算機輔助導航技術(shù)可以將空間立體導航技術(shù)、計算機圖像處理及可視化技術(shù)相結(jié)合，能簡化手術(shù)操作，縮短手術(shù)時間，減少手術(shù)創(chuàng)傷，是臨床上精準醫(yī)療的得力助手。但是導航需要操作者在非醫(yī)學方面從基礎學起，學習曲線較長，而且其價格昂貴，在基層醫(yī)院難以實現(xiàn)，因此推廣還需要時間[20,21]。CT掃描腰椎不同平面的數(shù)據(jù)，為臨床治療及決定手術(shù)術(shù)式提供更多更可靠的依據(jù)[22,23]，其三維重建技術(shù)亦能夠解決二維圖像不能處理的腰椎立體結(jié)構(gòu)的模擬及不規(guī)則部位的測量[24]，在試驗中，我們利用三維定位系統(tǒng)，找出三維空間上的真實釘?shù)缆窂?圖1)，對真正的椎弓根的參數(shù)進行了測量，這些方法可被廣泛地應用于腰椎椎弓根螺釘?shù)男g(shù)前評估及術(shù)后評價[25,26]。

本試驗通過CT掃描測量得到：從L1～L5方向，椎弓根螺釘入釘方向與垂直線成角角度逐漸增大，L1、L2約成80°進針，L3、L4、L5分別向頭側(cè)依次比上一椎體增加約4°、4°、8°。L1、L2水平椎弓根螺釘進針的外展角約為21°，L3、L4需增加約4°，而L5則需進一步增加外展約9°。此數(shù)值較臨床經(jīng)驗有所偏大，是因為臨床上椎弓根釘走形方向與椎體前緣的交點并非本試驗中的椎體前緣中點，而是偏兩側(cè)，這樣就遵循了“寧外勿內(nèi)”的原則，可以降低椎弓根內(nèi)側(cè)壁損傷的幾率。同時，以往經(jīng)驗的角度都是在X線透視基礎上，通過估計得到的，具有一定的偏差。而本試驗中的測量方法，則為應用更長的螺釘提高了依據(jù)。并且本試驗顯示，L1的椎弓根寬度最小，約8.0 mm，L5的最大，甚至接近15.0 mm，L5椎弓根寬度可達到L1的1.8倍，可輕松容入臨床常用的6.0～6.5 mm直徑螺釘，因此臨床上，對于椎弓根螺釘直徑的選擇，我們有更大的空間。而對入釘點至椎體前緣的距離的測量中，L5最短，L4最長，(5.20±0.423)cm到(5.61±0.340)cm的結(jié)果也表明，臨床上常用的長度40～45 mm螺釘可完全安全的走行于骨質(zhì)內(nèi)，為采取長螺釘獲得更加穩(wěn)定固定提供了理論依據(jù)。綜上所述，臨床上，我們有足夠的空間來應用更粗更長的椎弓根螺釘來達到一個更加穩(wěn)定和牢固的固定，以減少椎弓根釘退釘、松動、斷釘?shù)娘L險。

國內(nèi)外經(jīng)CT測量的研究大多針對頸椎[27,28]或單個椎體及單一解剖結(jié)構(gòu)[29]，而腰椎研究則相對較少，且缺少全面測量。也有學者測量研究了人體尸體腰椎的各個參數(shù)[4]，但尸體存在磨損等問題，而且文獻顯示，尸體腰椎的來源年齡偏高，難免出現(xiàn)退變等異常，無形中增大的數(shù)據(jù)的方差。在CT出現(xiàn)之前，正常人體腰椎解剖參數(shù)的獲得是非常局限的，因此沒有一個明確的、完整的數(shù)據(jù)。本試驗通過目前比較先進的螺旋CT，對一定量符合入選標準的志愿者系統(tǒng)的測量了腰椎的各個參數(shù),。

本試驗仍存在一定的局限性：(1)樣本量有待提高；(2)我們測量的是健康人的正常腰椎參數(shù)，并未涉及退變、損傷等腰椎的測量，未來仍需研究大量非正常和(或)有癥狀的志愿者，以完善該數(shù)據(jù)庫。該試驗數(shù)據(jù)在理論上為臨床手術(shù)和生產(chǎn)適合國人解剖特點的內(nèi)固定物提供了更多選擇，但經(jīng)過該試驗數(shù)據(jù)指導的手術(shù)是否能夠有效降低并發(fā)癥的發(fā)生率，能否明顯縮短手術(shù)時間，能否確切減少術(shù)中出血，還需要臨床進一步驗證。本試驗提示腰椎可容納較臨床常用的椎弓根螺釘更粗更長的型號，但螺釘直徑與椎弓根寬度、螺釘長度與入釘點至椎體前緣的距離采取何種比例，才能在取得最大把持力的同時，不損傷骨皮質(zhì)或避免其他手術(shù)并發(fā)癥，仍需進一步研究。