从脊柱解剖结构看胸椎经皮穿刺椎体成形术的设计

陈 滟 张爱华 丛树园 程建军 武煜明 杨恩彬*

1.云南中医学院正常人体解剖组胚学教研室，云南 昆明 650500;2.昆明市中医医院肺脾科，云南 昆明 650011

经皮穿刺椎体成形术 (percutaneous vertebroplasty，PVP)是在DSA 等影像增强装置的监视下，经患者皮肤穿刺入椎骨的椎体内，注入骨水泥或其他填充物，治疗椎骨溶骨性破坏及钙缺失性疾病的一种非血管性介入治疗手段。目前临床使用的骨水泥多是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl-Methacrylate，PMMA)。自1987年法国Galibert 首次报道将PVP 技术应用于治疗一名顽固性疼痛的椎体血管瘤患者以来，已渐渐发展成一种重要的治疗脊柱疾病的微创手术，目前已应用于骨质疏松性椎体压缩性骨折、椎体转移肿瘤和椎体血管瘤等疾病的治疗。通过注入骨水泥，PVP 可改变病变椎体的结构和生物力学性质，使脊柱功能得到一定的恢复，缓解疼痛效果明显。同时具有适用范围广、操作简单、并发症小、住院周期短和费用较低等优势，吸引了越来越多的医师［1］。但PVP 不是一种开放性手术，关于如何选择穿刺途径、单侧或双侧穿刺、骨水泥注入量等关键问题还存在争议，有待通过临床实践与基础研究进一步规范。本文拟从脊柱的解剖结构的特点，结合近年来的解剖学研究进展，探讨经皮穿刺椎体成形术的设计方法，重点是对胸椎的穿刺进行讨论。

1 椎体成形术设计的解剖学基础

1.1 脊柱的结构及周围结构 脊柱作为人体躯干背部的中轴，由椎骨和椎间盘、关节、韧带等构成，并有竖脊肌等肌肉附着。颈、胸、腰椎构成了一条纵行的椎管，内容纳脊髓、脊神经根及其被膜等结构。供应脊柱的血管主要来自于与它紧密相邻的节段性动脉，如肋间后动脉、腰动脉等。这些动脉的分支多通过脊柱前外侧进入邻近的椎骨，分布到椎骨的椎体、椎弓和突起上，彼此吻合成网状。脊柱表面的静脉也吻合成网。部分血管还与椎管内血管吻合。正常脊柱可做前屈、后伸，左、右侧屈，旋转和环转运动，能承受重力，并能缓冲从下肢向颅部传送的震荡［2］。脊柱的运动是通过椎体之间的椎间盘被压缩后的不同变形而实现的，构成脊柱主体的椎骨是不会发生形状改变的。因此，当椎骨的完整性受到破坏，就可能导致脊柱承重和运动功能的严重障碍。这也是经皮穿刺注入骨水泥可用于治疗部分脊柱破坏性疾病的解剖学基础。

1.2 椎骨的结构 椎骨由前方的椎体和后方的椎弓构成。椎体和椎间盘一起构成了椎管的前壁。椎弓前端与椎体相连处较细，称为椎弓根。椎弓根上下方各有一个切迹，相邻的两个椎弓根的切迹围成一个椎间孔，有脊神经和血管等进出。椎弓根与椎间孔构成了椎管的外侧壁［2］。由于椎管较为狭窄，所以在穿刺时一定不能太偏内，以避免误伤椎管脊髓等结构，同时，为了避免损伤经椎弓根上下方的椎间孔穿出的脊神经，穿刺时也不能超过椎弓根在正中矢状面上的投影。

2 椎体成形术的生物力学评价

2.1 评价指标 椎体成形术的目的是通过各种方式改变椎体的结构，尽可能地恢复脊柱的稳定性和强度。所以生物力学研究中多以椎体刚度与强度是否得到恢复或增加作为评价治疗效果的常用指标。椎体刚度指椎体抵抗外力作用并保持不变形能力，刚度越大，椎体就越不容易发生变形。椎体强度指可导致椎体发生压缩性骨折的临界值，也即骨折之前所能承受的最大应力［3］。

2.2 骨水泥注入量 虽然PVP 临床疗效肯定，创伤小［1］，但由于往椎体骨松质内注入了骨水泥，改变了病变椎体的强度和刚度，所以对于究竟注射多少骨水泥方可收到最佳的治疗效果，是否会压迫上下方的椎骨，甚至造成相邻椎体骨折，目前仍存在分歧，尚无定论。Ryu［4］等经过临床研究发现PMMA 注射剂量越大，硬脊膜外渗漏的可能性就越大。徐晖、李健等［5］选用胸腰段椎骨建立骨质疏松性椎体压缩性骨折三维有限元模型。模拟PVP 途径沿椎弓根方向往第12 胸椎体内注入骨水泥4.0ml 后，再模拟脊椎常见受压状态，比较注入骨水泥前后相邻椎体间终板的应力变化。结果发现与第12 胸椎相邻的的第11 胸椎下位终板和第1腰椎上位终板在手术前后总体应力变化不大。但注入骨水泥后这两个终板中间部分的应力在各种状态下均有增加。从而认为PVP 注入较小剂量的骨水泥是安全有效的，应力改变也未增加上、下椎体骨折的可能性。刘维刚、吴金涛［3］等用只保留椎体部分的第8 胸椎至第3 腰椎的分离标本制作椎体压缩骨折模型，分组经中位或偏侧分别注射骨水泥发现椎体强度均有恢复，而刚度均未相应恢复。说明注入低剂量的骨水泥可恢复椎体的强度，但对刚度恢复的作用不大。与中位组相比，偏侧组因骨水泥偏侧分布带来的偏侧塌陷的风险也未增加。

2.3 单侧还是双侧穿刺椎 体成形术中灌注骨水泥可选择经单侧或双侧途径。单侧穿刺优点是可节约手术时间、减低手术风险。但由于胸腰椎椎弓根长轴与椎骨正中矢状面的夹角较小，使单侧穿刺，尤其是经椎弓根途径穿刺时，骨水泥往往不能到达对侧，容易造成骨水泥的偏侧分布，增加了椎体向未强化侧塌陷风险的可能性。经双侧椎弓根穿刺的优点是保证了骨水泥的对称分布。但需要进行两次穿刺操作，对病变椎体破坏较大，增加了组织创伤、椎弓根骨折和神经损伤等并发症的发生率，还增加了手术医生和患者在X 线下的曝露时间。有学者统计文献中具体指明穿刺路径的报道，发现522例手术多用经椎弓根途径，其中双侧穿刺的占54.4%，单侧穿刺的占42.1%［6］。Kaufmann TJ［7］主张在经皮椎体成形术中通过单侧椎弓根入路，只有骨水泥在椎体内分布不佳时才再行另一侧椎弓根入路。潘丞中等［6］用仅保留椎体的腰椎在前屈压缩载荷下制作椎体骨折模型，分组后分别经单侧椎弓根和双侧椎弓根灌注相同剂量的PMMA。张亮［8］等用保持椎间韧带及关节突关节完整的三节段椎体标本，制作中间椎体压缩性模型，分组后分别经单侧椎弓根和双侧椎弓根灌注相同剂量的固化磷酸钙骨水泥(autosetting calcium phosphate cement，ACPC)，均发现无论是单侧还是双侧穿刺，经椎弓根途径灌注小剂量骨水泥，都能恢复受损椎体的生物力学性能，统计结果分析两者之间无区别，对相邻椎间盘的抗压力学性能影响小。

3 胸椎经皮椎体成形术穿刺途径

人体脊柱不同节段，形态结构与周围结构不同［2］。所以经皮穿刺椎体成形术进针途径有多种选择。颈椎因颈曲凸向前，椎体前器官结构少，可以选择前外侧入路。腰椎前有腹腔，两旁是肌肉，除经椎弓根入路外，还可使用后外侧入路。胸椎因椎体前方有胸腔，两旁有肋骨相连，受限最大，只能经椎弓根或椎弓根旁入路。

胸椎的椎弓根高度和宽度较腰椎小，其长轴与正中矢状面的夹角较小，且向前下方倾斜。无论男女，椎孔的横径与矢径均比腰椎小，中胸段胸椎尤为狭小。椎弓根内侧壁紧邻胸髓。上下缘的切迹有包裹脊神经的硬脊膜鞘附着［2，9］。所以在胸椎行PVP 的临床实践中，就选择何种途径及穿刺角度争议较大。

3.1 经椎弓根途径穿刺 经椎弓根途径穿刺针全程位于椎弓根骨松质内，受骨密质的保护，一般不会损伤周围结构，具有安全、创伤小的优点，尤能避免气胸的发生，被多数医师选择。但受胸椎椎弓根粗细与角度的限制，要保持穿刺针不刺穿椎弓根骨密质，就可能把穿刺针限制在椎体内的侧方，导致穿刺时骨水泥不能超过中线，偏侧分布。为了让骨水泥分布更均匀，可能需要双侧椎弓根入路。这就增加了手术和X 线暴露时间，也容易增加椎弓根骨折、神经血管损伤的发生率。而且第2 次注入的骨水泥会受到第1次灌注的影响［10］。石锐［11］等用螺旋CT 扫描不同节段椎骨后做多平面重建，测量椎弓根内部结构发现，胸椎椎弓根内部骨松质宽度较小，第3 至第9 胸椎节段椎弓根内骨松质宽度小于3mm 的超过70%，部分甚至小于1mm，而这样细的椎弓根是很难进行穿刺的。

3.2 经椎弓根基底途径穿刺经椎 弓根基底途径是穿刺针沿椎弓根外侧方，进入椎弓根与椎体相连的基底部刺穿骨密质后再进入椎体。因其不需要穿过整个椎弓根，所以不受椎弓根的结构影响。徐志强［10］等结合螺旋CT 和标本实测的方法发现，经椎弓根基底途径穿刺针是先穿过椎弓根基底再到达椎体的穿刺部位，而不仅是穿过椎体侧壁，在穿刺过程中，肋椎关节可保护胸膜，上关节突和椎弓根可保护椎管。并且从中下段胸椎和全部腰椎均能到达椎体前部中线，所以单侧即可达到经椎弓根途径双侧穿刺的效果。王兆红等［12］回顾性分析54例运用经皮椎体成形术治疗骨质疏松性椎体压缩骨折患者的临床资料发现，经双侧椎弓根入路或单侧椎弓根外侧入路组入路的骨水泥注入量与渗漏率、血管神经并发症和VAS 评分等指标比较差异无统计学意义。但两组在术中放射投照次数、手术时间方面差异有统计学意义。说明椎弓根外入路单侧穿刺即可达到经椎弓根入路双侧穿刺的治疗效果。

综上所述，经皮穿刺椎体成形术优势明显，将成为一种比较理想的姑息性治疗方法［13］。但是，由于脊柱各段椎骨结构特点区别很大，具体穿刺方案如何设计，尚有争议，这也给临床医生的实践带来困难。有学者尝试运用影像学技术手段，观察拟穿刺椎骨的结构，模拟穿刺后制定具体的设计方案。如谭中宝等［14］采用术前CT 检查，在CT 图像上模拟PVP 手术穿刺路线，结果发现不同节段椎骨椎弓的变异较大，其穿刺点和穿刺角度之间的差异有明显统计学意义。因此仅靠穿刺经验选择固定的穿刺参数往往不能满足不同椎体穿刺的需要。笔者据此建议术前行CT 检查，模拟穿刺过程，一方面可以确定穿刺点旁开棘突距离和穿刺进针与正中矢状面的角度;另一方面还可根据椎弓根结构特点，决定单侧还是双侧入路，如模拟穿刺不能保证穿刺针全程位于椎弓内走行，则应放弃单侧穿刺而选择双侧入路。术中透视要全程监控，根据椎弓根向下的斜角度，以及椎体压缩程度和部位，再决定针尖是否向下倾斜及倾斜角度。这就可以较好地弥补用经验性穿刺来确定参数的不足，能有效缩短手术时间、提高单侧穿刺的成功率和尽可能避免发生并发症。

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