成人胸椎三种螺钉的CT 断层解剖学参数测量

刘清华，童杰，熊波

（1.湖南省衡南县人民医院北院骨科，湖南 衡阳 421001；2.南方医科大学第一临床医学院附属郴州医院（郴州市第一人民医院）脊柱外科，湖南 郴州 423000）

在胸椎内固定手术中，传统的椎弓根钉道（Traditional trajectory，TT）内固定技术是目前最常用的手术方式。近些年，针对脊柱骨质疏松的患者，许多国内外学者围绕改进螺钉内固定术方面提出了一些改良办法，包括螺钉的改良（骨水泥强化螺钉、双螺纹螺钉）、钉道的方向（从TT 螺钉到经肋横突结合区Costotransverse unit，CU 置钉）等。目前，多种腰椎手术均可采用CBT 螺钉（Cortical bone trajectory，CBT）[1]，它既可以作为腰椎手术的首选内固定方法，也可以作为翻修手术的替代方法使用，其生物力学强度与传统椎弓根螺钉固定相当[2]。皮质骨钉道在疏松骨质上的内固定效果良好，从而使得骨质疏松患者采用CBT 技术代替TT 技术成为可能，同时也为腰椎内固定及翻修手术患者提供了一种新的术式，具有一定的临床应用价值。然而，CBT 置钉技术能否应用于胸椎节段，特别是中上胸椎，还缺乏相关研究。本研究通过测量正常成年人理想的胸椎皮质骨钉道的影像解剖学数据，分析比较胸椎三种不同置钉方法（CBT 螺钉，TT 螺钉，经CU 螺钉）的差异，为外科医师根据病人的具体情况选择合适的固定方式提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 研究对象

从郴州市第一人民医院影像科调取自2017 年1 月—2018 年1 月18～60 岁成年人胸椎（或全脊柱）CT 影像学资料975 份。选取正常胸椎影像资料182份，随机选取80份，男、女各40例，其中男性患者年龄为（41.10±9.95）岁，女性患者年龄为（44.53±10.87）岁。纳入标准：①年龄18～60岁；②胸椎CT 报告为正常的人群；排除标准：①未成年及60 岁以上的人群；②胸椎有病变、创伤、感染、退行性改变、先天性侧弯畸形、骨折及脱位的成年人；③可能导致继发性骨质疏松或影响全身骨骼生长发育疾病的患者。

1.2 仪器设备

螺旋CT（Philips Secura 16－slice，Philips Medical Systems，Eindhoven，The Netherlands），图层厚度为1.25 mm/层。软件：螺旋CT 机带软件ADW 4.6（GE Healthcare，ge-16，美国）。CT 层厚为1.25 mm。

1.3 图像处理

利用机带图像处理软件ADW4.6（GE Healthcare，ge-16，美国）测量三种不同钉道螺钉在T1～T12椎体上的长度、直径、侧倾角（Lateral angel，LA）、头倾角（Cephalad angel，CA）。

1.4 测量方法

所有影像学资料均完整包括T1～T12 椎体，以T12 肋骨为标记，逐个向上测量，因为肋骨呈扁椭圆形，横突呈椭圆形，在椎体平扫的横断面上选取椎弓根的最大宽度平面作为测量平面。虚拟中线（Virtual middle line，VML）是指从椎体前缘到椎体后方通过棘突将椎体、椎管正中的一条虚拟线，用于测量侧倾角，螺钉在横断面的投影与VML 的夹角，所有测量均在每个层面左侧测量3 次后取平均值。在矢状面上，经椎弓根与上终板后1/3 连线和椎体上终板的夹角为头倾角。利用ADW4.6（GE Healthcare，ge-16，美国）图像处理软件进行长度、角度测量。

利用ADW 4.6 软件分别对T1～T12 椎体CT 图像进行下列参数测量（长度的测量精度为0.1 mm，角度测量精度为0.1°）：（1）横断面上的测量：①横断面椎弓根的宽度：即螺钉最大直径（MSD），椎弓根内侧最凹陷处（点A）与外侧皮质最凹陷处（点B）之间的距离。②横断面螺钉的长度：过进针点（C）与椎弓根内外侧皮质骨最凹陷线段的中点止于椎体外侧皮质骨（点D）（图1）。③LA：横断面上的钉道投影（CD）与棘突长轴（VML）之间的锐角，夹角位于椎体前方为正，反之则为负（图2）。（2）矢状位上的测量：①CA：矢状位上，经进钉点（C）和上终板后1/3（点I）的连线与上终板的夹角（图3）。②矢状位椎弓根高度：椎弓根上、下侧皮质外缘之间的最短距离，即LM 的长度（图4）。③矢状位螺钉的长度：在矢状面上，过进针点C 与椎弓根上、下最凹陷连线的中点，止于椎体上终板（点I）的长度（图3）。

1.5 CBT 螺钉实际长度的计算

CBT 螺钉位于一个特定方向的三维空间中，通过测量螺钉在其横断面、矢状面的长度、外偏角及CA 推算出CBT 螺钉的实际长度（图6）。

1.6 统计学方法

对正常成人的年龄、螺钉的直径、LA、CA 等指标应用SPSS 18.0 软件（SPSS 美国）进行统计学分析，计量资料以均数±标准差（）表示。采用独立样本的t 检验比较同一种置钉方法男、女样本的差异性，以P＜0.05 有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

男、女两组患者在年龄方面对比无显著差异（P＞0.05），男、女各40例，年龄18～60岁，其中男性患者年龄为（41.10±9.95）岁，女性患者年龄为（44.53±10.87）岁。本研究经医院伦理委员会批准同意。

2.2 胸椎横断面的测量

2.2.1 横断面螺钉的长度、横断面椎弓根的宽度、侧倾角

由于CBT 螺钉置钉方向不同于其他两种，根据测量每个胸椎CBT 螺钉在横断面、矢状面上的投影长度及LA，利用三角函数公式推算出CBT 螺钉的实际长度。对于CBT 螺钉，横断面螺钉的长度最小值位于T1，最大值位于T12；而对于其他两种螺钉，由于置钉时平行于上终板，理想的头倾角为0°，螺钉的实际长度与其横断面的长度基本是一致的（表1）。对于TT 螺钉，横断面螺钉的长度最小值位于T1，最大值位于T12；对于经CU 螺钉，横断面螺钉的长度，最大值位于T8，最小值位于T1。

表1 各节段胸椎三种螺钉的实际长度（，mm）

表1 各节段胸椎三种螺钉的实际长度（，mm）

从T1～12，三种螺钉在胸椎上的长度总体上呈增加趋势，三种螺钉最短均位于T1，最长位于T12；在同一节段水平，以CBT 螺钉最短，经CU 螺钉最长。

2.2.2 横断面的宽度及侧倾角

横断面椎弓根的宽度最小值位于T5，最大值位于T12；侧倾角：从T2～T12，随着胸椎节段水平增加逐渐递增，最小值位于T2，最大值位于T12，除T4（P=0.045）、T9（P=0.029）外，男女之间无明显差异性。

对于TT 螺钉，LA 最小值位于T8，最大值位于T1；对于经CU 螺钉，CU 横径最大值位于T1，最小值位于T6；LA 最大值位于T1，最小值位于T12（表2）。

表2 各节段胸椎三种螺钉的侧倾角（，n=80）

表2 各节段胸椎三种螺钉的侧倾角（，n=80）

2.3 胸椎矢状位的测量

由于TT 螺钉与经CU 螺钉在置钉方向上均平行椎体的上终板，它们理想的头倾角均为0°。对于CBT 螺钉，矢状位螺钉的长度最大值位于T12，最小值位于T1；矢状位椎弓根的高度最大值位于T12，最小值位于T1；头倾角最大值位于T12，最小值位于T6。

对于CBT 螺钉在T1～T7、T10-T12 十个节段的矢状面螺钉长度及实际长度、椎弓根矢状位的高度，男性组均大于女性组。CBT 螺钉在T1～T5、T7 及T11～T12 的CA 男性组大于女性组（P＜0.05，表3）。

表3 各节段胸椎CBT 螺钉头倾角及椎弓根矢状位的高度（，mm）

表3 各节段胸椎CBT 螺钉头倾角及椎弓根矢状位的高度（，mm）

2.4 胸椎椎弓根矢状位的高度与横断面的宽度

对于CBT、TT 两种经椎弓根螺钉直径的确定，在胸椎各节段水平上选择椎弓根横断面的宽度与矢状位高度中数值较小者作为胸椎椎弓根入路螺钉实际直径的参考值。

3 讨论

由于胸椎椎弓根周围解剖关系复杂，椎体个体差异大，准确置入螺钉相当困难。因此中上段胸椎椎弓根手术难度大，风险高，对手术者的要求高。虽然采用X 线透视、部分椎板切除、计算机辅助导航、骨科机器人[3]等许多方法来增加准确性，但是螺钉穿破椎弓根壁的发生率仍然相当高，危险性较大。椎弓根钉道CT 三维测量方法可准确测量椎弓根钉道的参数值[4]，从而更好指导临床医师提高置钉的准确性[5]。本研究通过CT 机带软件测量3 种不同钉道的CT 断层解剖学参数，并结合螺钉周围的解剖结构，评价3 种不同螺钉在临床使用中的安全性。它们所经过的解剖结构不同，TT 螺钉技术是经过椎弓根由外向内至椎体前缘且平行于上终板置钉，螺钉末段常位于椎体中段的松质骨内，另一部分位于椎弓根的皮质骨内。经CU 螺钉技术则是经肋横突沟向椎体前缘置钉，螺钉位于肋横突结合区及椎体内。虽然经CU 螺钉周围缺乏椎弓根壁那样的完整的骨性结构，术中更难判断螺钉的精确位置，但它们的LA 均有一个相对安全的误差区间，因此在水平面上置钉时经CU 螺钉的安全性要高于TT 螺钉[6]。

Santoni等[7]于2009 年首先提出CBT 螺钉内固定技术，选用长度短、直径小而螺纹更紧密的螺钉，经椎弓根由内下向外上斜置，主要靠皮质骨对螺钉的把持作用进行固定。Matsukawa等[8-10]对CBT 螺钉内固定技术进行了系列生物力学研究，测量实际使用CBT 螺钉进行胸、腰、骶椎固定时的旋入力矩，结果表明，CBT 螺钉旋入力矩均较TT 螺钉有显著增加，平均提升幅度分别为53.8%、141%和201%，侧面证实了CBT 螺钉所具有的皮质骨把持力好、生物力学强度高的优势。除了旋入力矩外，螺钉的粗细、长短及攻丝与进钉点的大小也是重要的影响因素，CBT 螺钉直径更细、螺纹更密，与骨组织有更好的接触。Kuklo等[11]学者研究认为，比TT 螺钉的攻丝少1 mm时，其最大旋入力矩可以提高93%，从而更好的证明了CBT 螺钉所具有皮质骨把持力度好、生物力学强度高的优势。

目前，CBT 螺钉除应用于骨质疏松症患者外，还可应用于：①钉道翻修、补救性置钉[12]；②邻椎病[13]；③青少年腰椎特发性脊柱侧凸的患者[14]；④创伤、肿瘤及退变性疾病[15]，尤其是退变性滑脱[16]；⑤糖尿病及肥胖的患者[13，17]；⑥腰椎结核[18]。

因此，对于胸椎骨质疏松的老年人、肥胖的患者、手术翻修及补救性置钉等患者，在后路采用其它螺钉有困难或疗效不确切时，CBT 螺钉能够替代TT螺钉获得满意的固定效果[19]，而且，与TT 螺钉相比，CBT 螺钉的创伤更小、风险更低[20]。

从测量结果来看，我们发现胸椎预测理想的实际螺钉长度随胸椎节段水平的增加而增长，胸椎CBT 预测的实际螺钉长度在25 mm 至35 mm 之间，同节段水平上小于长度在30 mm 至45 mm 之间的胸椎传统椎弓根螺钉，明显小于经CU 螺钉长度。

从T1 到T12 胸椎矢状位高度基本呈递增趋势，而椎弓根横断面的宽度呈反抛物线型变化，从T1 至T5 逐渐减少，从T5 至T12 则逐渐增大，其中T1、T5 和T12 椎弓根横断面的宽度分别为（7.00±0.99）mm，（4.10±0.61）mm，（7.49±1.44）mm。由于胸椎矢状位的高度大于同节段水平横断面的宽度，所以选择数值较小的胸椎横断面的宽度作为CBT 螺钉实际直径的参考值，即椎弓根所能容纳CBT 螺钉的最大直径，采用两个样本的t 检验，男女之间差异有统计学意义，结果表明，成年男性的MSD 要大于成年女性。

本研究存在以下不足：首先，本研究只对胸椎左侧椎弓根皮质骨钉道的有关数据进行了测量，而未对右侧钉道进行对比研究，因此同节段水平左右两侧是否对称，螺钉的规格是否一致，尚未可知；其次，本研究只设计测量了其解剖学有关参数、置钉点与置钉方向，作为一项新的临床微创技术，虽然其固定效果在腰椎中已经得到初步验证，但缺乏在胸椎中的生物力学性能以及与其他两种技术生物力学比较。最后，在胸椎中CBT 螺钉能否作为补救性置钉，本研究尚未探讨在胸椎同一椎弓根中能否联合使用两种不同轨迹螺钉。