CT测量正常国人腰椎椎弓根钉道参数研究

李身泰 李明 马维

腰椎退行性疾患数量逐年增加。其中，腰椎结构退变严重的患者需要手术治疗，以增加病变节段的稳定性。后路椎管减压椎弓根螺钉内固定术是治疗腰椎疾患的常用方式之一。在应用该技术时，椎弓根钉的位置不当等问题时有发生。文献报道椎弓根钉位置不当的发生率约15.7%[1,2]。其中部分病人出现了腰椎不稳、神经损伤、断钉断杆,螺钉松动等严重并发症。约2%～12%的螺钉松动病例需要进行二次手术返修[3]。产生这些失败病例原因有两方面：(1)虽然已有学者对人体尸体腰椎参数进行了测量研究[4]，也有文献报道了螺旋CT应用于腰椎椎体的CT值方面的研究[5]。但是，正常国人人体腰椎的解剖参数却没有详细的记录和总结。(2)内固定物多为参照西方人体数据所设计，而不同人种之间的椎体的形态存在差异[6]。针对这些原因，精确测量腰椎椎弓根螺钉的钉道参数将会明显降低误置螺钉的发生率。本试验通过螺旋CT扫描并测量正常人体腰椎的椎弓根螺钉的钉道参数，了解腰椎椎弓根所能容纳的螺的钉直径及长度，规划正确的进针通道，为进行腰椎后路手术和制造适合国人的内固定物提供数据参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料 随机选取自愿参加本试验的正常人群志愿者，符合入选标准者58例，男30例，女28例；年龄23～48岁，平均年龄(35±0.69)岁；身高1.56～1.80 m，平均身高(1.68±0.07)m。试验过程中，无人员中途退出。本试验通过河北医科大学第二医院科研伦理审查，所有的志愿者理解并同意本研究的设计，并签署知情同意书。

1.2 入选标准 BMI正常，腰椎无肿瘤、损伤、退变、感染或手术等问题，无发育不良、畸形等先天性疾病，无疼痛不适等症状的志愿者。

1.3 方法 志愿者取俯卧位，模拟腰椎后路手术的体位，应用GE Light Speed 16排CT对志愿者的腰椎椎体进行扫描。常规进行椎体定位，确定扫描参数[6,7]为：电压140 kV，电流250 mAs，扫描野Head(25 cm)，准直16 cm×0.625 mm，螺距(pitch)0.526∶1，层厚0.625 mm，自志愿者L1椎体开始，连续扫描至L5椎体。用计算机软件GE Healthcare选择和处理扫描后的图像，再使用华海Medviewer 3.0软件精确选择椎弓根钉道定位层面和通道，测量每个腰椎的椎弓根轴线与垂直线成角、椎弓根轴线与棘突轴线的成角,椎弓根宽度以及椎弓根钉入点至椎体前缘距离。重复测量3次，取平均值作为测量值。行全腰椎CT检查记录信息同时记录相应的性别及年龄。见图1～3。

图1 CT三维定位椎弓根钉入钉点及钉道图2 A角:椎弓根轴线与垂直线成角图3 B角:椎弓根轴线与棘突轴线的成

1.4 观察指标 A角、B角决定了椎弓根钉植入的垂直和水平方向；椎弓根宽度决定椎弓根钉的直径，入钉点至椎体前缘距离指导选取椎弓根钉的长度[8]。

1.5 统计学分析 应用SPSS 21.0统计软件，从L1～L5测量值的比较应用F检验,同一椎体左右侧测量值的比较应用的t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 椎弓根轴线与垂直线成角的角度 从L1～L5 A角越来越大，组间差异有统计学意义(P<0.05)，但L1、L2两个节段的椎弓根轴线与垂直线成角差异无统计学意义(t=-0.051,P=0.959>0.05)。见表1。

表1 椎弓根轴线与垂直线成角的角度

2.2 椎弓根轴线与棘突轴线成角的角度 从L1到L5 B角逐渐增大，存在组间差异(P<0.05)，而同一椎体左右两侧椎弓根轴线与棘突轴线的成角差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 椎弓根轴线与棘突轴线成角的角度

2.3 左右椎弓根宽度 从L1到L5椎弓根宽度逐渐增大,组间差异有统计学意义(P<0.05)，而同一椎体左右椎弓根的宽度差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。

表3 左右椎弓根宽度

2.4 入钉点至椎体前缘的距离 从L1到L4入钉点至椎体前缘的距离差异不大，到L5后减小，差异有统计学意义(P<0.05)；同一椎体的左右侧入钉点至椎体前缘的距离基本一致(P>0.05)。见表4。

表4 入钉点至椎体前缘的距离

3 讨论

腰椎退行性病变以及腰椎压缩性骨折是腰椎疾患的常见类型。当病变达到或超过一定程度时，腰椎便会发生结构的改变，当改变累及到脊髓或神经根所在的位置时，就会因压迫相应的结构而引发相应的临床症状。此时，临床医师常采用后路减压内固定来对受压迫组织进行减压和恢复患者腰椎的正常序列和稳定性。

腰椎后路椎弓根螺钉技术是将椎弓根螺钉通过椎弓根通道置入到椎体内以加固脊柱稳定性的一种内固定技术，该技术可以同时固定椎体的前中后三柱。其在生物力学强度、三维稳定性等方面均优于其他脊柱内固定方式,已成为治疗腰椎疾病的标准术式[9]。应用椎弓根螺钉内固定技术的关键在于精准确定椎弓根钉入钉点和钉道数据和选用相应合适尺寸的螺钉。随着术中影像监测系统、导航等影像技术的发展和应用，椎弓根螺钉技术的置入的准确性和安全性的得到了极大的提高。但是这些影像技术，都不能有效的显示水平面轴位的置钉偏差[10,11]。而3D打印技术的基础在于CT扫描的精度和后期软件处理造模的水平， 其构建的导板等辅助工具，由于上述原因和术中对解剖结构显露的原因，往往与实际情况有一定的的差别[12,13]。因此，术者仍依赖于定位针透视定位及术中的多次的钉道探查来进行置钉。我们的研究就着眼于轴向位置的角度测量，得出了轴向外展角度的变化趋势。为精准置钉，减少并发症提供依据。螺钉的直径是决定内固定强度的另外一个重要因素，临床手术中，在置入椎弓根螺钉之前常常需要探查钉道，但无论是定位针还是金属探针都比较细，椎弓根的空间有足够的包容性供其走行，但椎弓根钉要远远粗于定位针和金属探针，这时便无法确定椎弓根是否具有足够的空间。临床上还经常遇到经开路锥扩孔、探针探测预制钉道的上下内外四壁均完整后，按预制钉道植入椎弓根钉，仍有椎弓根螺钉的部分螺纹刺破椎弓根皮质，裸露于椎弓根外部，或刺激神经根，或降低内固定的强度。文献报道：如果螺钉螺纹突破钉道侧壁，其抗拔出的强度会降低23.4%，埋下了断钉、断杆等内固定相关并发症的隐患[14]。文献报道，螺钉直径达到了椎弓根直径的80%时，具有拥有更好的把持力和抗拔力，直径越大，螺钉的抗拔出能力越强[15]。然而，过度追求牢固而采用过粗的螺钉，往往会突破椎弓根皮质，增加了置钉的风险[16,17]。椎弓根螺钉突出椎弓根之外的现象并非罕见，Dayani等[2]报道的椎弓根钉位置不当发生率高达15.7%。但令人意外的是，临床上神经根和血管损伤的病例却并不常见，这是因为神经根和血管有部分活动性，如果椎弓根螺钉侵入椎管的程度在<2 mm，由于神经根和血管的躲避，并不会引起相应症状。这些无症状的病例，临床医师低估了置钉所需要的高度精准性。脊柱手术中，术者需要了解腰椎各个结构的立体结构参数，对选择螺钉的大小、长短、采取合适的入钉方向，从而减少内固定并发症有重要意义[18]。

椎弓根螺钉的置钉方法有很多，常见的有Roy-Camille法、Margerl法、Krag法、AO定位法、Weinstein法等等。临床上常采用人字嵴作为椎弓根钉内固定术的进钉点[19]。Roy-Camille法与Margerl法在椎弓根螺钉的进钉方向上存在差异，前者是几乎为0°的水平进针，而后者选择置钉方向相对于矢状面头倾约15°夹角。由于椎弓根为圆柱状结构，选择不同的进钉点时,需要相应的调整进钉的角度以保证椎弓根螺钉安全行走于椎弓根内，总结国内外脊柱手术资料，不同的术者采用不同的进钉点及进钉方向。事实上,临床工作中，并不存在适用于所有椎弓根的万能进钉点及进钉方向。因此，术前影像学资料的应用便显得尤为重要，不仅可以为螺钉型号的选择进行术前指导，也可以为椎弓根螺钉进钉点提供一个范围的参考。

腰椎局部结构立体而不规则，我们常使用冠状面、矢状面和横断面来分析影像资料，但腰椎的局部结构与其均不平行，因此，为了能更好的做好腰椎手术的术前指导，选择一种合适的影像学方法便显得尤为重要的。X线是临床上常用的影像学检查，其操作简单，成像快速，价格低廉，图像直观，整体性强，但测量时需根据其匹配刻度计算，因为是整体成像，不能三维观察，最大的问题是成像重叠，比如进行腰椎X线检查时如果肠道积气过多，那么图像就会受到很大干扰。所以X线虽然在腰椎手术的术前指导上有一定作用，但仍存在很大欠缺。随着科技的发展，计算机辅助导航技术已经开始在临床应用，计算机辅助导航技术可以将空间立体导航技术、计算机图像处理及可视化技术相结合，能简化手术操作，缩短手术时间，减少手术创伤，是临床上精准医疗的得力助手。但是导航需要操作者在非医学方面从基础学起，学习曲线较长，而且其价格昂贵，在基层医院难以实现，因此推广还需要时间[20,21]。CT扫描腰椎不同平面的数据，为临床治疗及决定手术术式提供更多更可靠的依据[22,23]，其三维重建技术亦能够解决二维图像不能处理的腰椎立体结构的模拟及不规则部位的测量[24]，在试验中，我们利用三维定位系统，找出三维空间上的真实钉道路径(图1)，对真正的椎弓根的参数进行了测量，这些方法可被广泛地应用于腰椎椎弓根螺钉的术前评估及术后评价[25,26]。

本试验通过CT扫描测量得到：从L1～L5方向，椎弓根螺钉入钉方向与垂直线成角角度逐渐增大，L1、L2约成80°进针，L3、L4、L5分别向头侧依次比上一椎体增加约4°、4°、8°。L1、L2水平椎弓根螺钉进针的外展角约为21°，L3、L4需增加约4°，而L5则需进一步增加外展约9°。此数值较临床经验有所偏大，是因为临床上椎弓根钉走形方向与椎体前缘的交点并非本试验中的椎体前缘中点，而是偏两侧，这样就遵循了“宁外勿内”的原则，可以降低椎弓根内侧壁损伤的几率。同时，以往经验的角度都是在X线透视基础上，通过估计得到的，具有一定的偏差。而本试验中的测量方法，则为应用更长的螺钉提高了依据。并且本试验显示，L1的椎弓根宽度最小，约8.0 mm，L5的最大，甚至接近15.0 mm，L5椎弓根宽度可达到L1的1.8倍，可轻松容入临床常用的6.0～6.5 mm直径螺钉，因此临床上，对于椎弓根螺钉直径的选择，我们有更大的空间。而对入钉点至椎体前缘的距离的测量中，L5最短，L4最长，(5.20±0.423)cm到(5.61±0.340)cm的结果也表明，临床上常用的长度40～45 mm螺钉可完全安全的走行于骨质内，为采取长螺钉获得更加稳定固定提供了理论依据。综上所述，临床上，我们有足够的空间来应用更粗更长的椎弓根螺钉来达到一个更加稳定和牢固的固定，以减少椎弓根钉退钉、松动、断钉的风险。

国内外经CT测量的研究大多针对颈椎[27,28]或单个椎体及单一解剖结构[29]，而腰椎研究则相对较少，且缺少全面测量。也有学者测量研究了人体尸体腰椎的各个参数[4]，但尸体存在磨损等问题，而且文献显示，尸体腰椎的来源年龄偏高，难免出现退变等异常，无形中增大的数据的方差。在CT出现之前，正常人体腰椎解剖参数的获得是非常局限的，因此没有一个明确的、完整的数据。本试验通过目前比较先进的螺旋CT，对一定量符合入选标准的志愿者系统的测量了腰椎的各个参数,。

本试验仍存在一定的局限性：(1)样本量有待提高；(2)我们测量的是健康人的正常腰椎参数，并未涉及退变、损伤等腰椎的测量，未来仍需研究大量非正常和(或)有症状的志愿者，以完善该数据库。该试验数据在理论上为临床手术和生产适合国人解剖特点的内固定物提供了更多选择，但经过该试验数据指导的手术是否能够有效降低并发症的发生率，能否明显缩短手术时间，能否确切减少术中出血，还需要临床进一步验证。本试验提示腰椎可容纳较临床常用的椎弓根螺钉更粗更长的型号，但螺钉直径与椎弓根宽度、螺钉长度与入钉点至椎体前缘的距离采取何种比例，才能在取得最大把持力的同时，不损伤骨皮质或避免其他手术并发症，仍需进一步研究。