改良CT测量法用于椎弓根螺钉个体化植入的实验研究

【摘要】  ［目的］探讨进钉点到棘突中心矢状面的垂直距离用于椎弓根螺钉个体化植入的可行性。［方法］于华中科技大学同济医学院解剖教研室收集成人脊柱标本30例，在CT横断面扫描图像上测量如下数据：椎弓根宽度a，进钉点到椎体前缘的距离b，进钉点到棘突中心矢状面的垂直距离c，椎弓根纵轴与椎体矢状轴的夹角A，在侧位片上测量椎弓根纵轴与操作台垂直线的夹角B，分为实验组和对照组，实验组采用CT图像上进钉点到棘突中心矢状面的垂直距离用于进钉点在水平方向上的定位，对照组采用Ebraheim法定位进钉点，置钉后行CT扫描，判断螺钉有无穿破椎弓根内侧或外侧壁及穿破程度，按照穿破程度进行分级：A=完全位于椎弓根内；B=穿破程度<2 mm；C=穿破程度2～4 mm；D=穿破程度>4 mm，并进行对比分析。［结果］实验组T3～10水平螺钉穿破率明显低于对照组，T1，T2，T11，12两组的穿破率相当。在T3～18水平，螺钉的穿破程度(C， D级)明显高于其他节段，与椎弓根在这些节段横径变小有关；T1～12，实验 组中C，D级的发生率低于对照组。［结论］采用进钉点到棘突中心矢状面的垂直距离用于定位椎弓根螺钉进钉点，可以明显提高螺钉在水平方向上的植入准确性。尤其在T3～10节段，而且特别适合由于解剖变异，外伤，肿瘤破坏等原因使关节突关节，横突等解剖标志发生改变时椎弓根螺钉的植入，亦可以在正常解剖情况下作为传统定位方法的有效补充。

【关键词】  脊柱； 椎弓根螺钉； 螺钉植入； 个体化； 进钉点

Improved CT measurement method in individualized pedicle screw placement∥XIONG Wen, CHEN Anmin, GUO Fengjin. Orthopedic Department, Wuhan Puai Hospital, Hubei,430032,China

    Abstract：［Objective］To prove the feasibility of using the distance between sagittal plane of the spinal process and the enter point to individualize the placing of pedicle screw.［Method］Thirty spine specimen were collected and divided into two groups, data were measured, such as the width of the pedicle, distance between the enter point and anterior border of the vertebra, distance between sagittal plane of the spinal process and the enter point,angle from the longitudinal axis of the pedicle to sagittal axis of the vertebra,angle from the longitudinal axis of the pedicle to vertical line of the operating table. In  group one the pedicle screws were placed with the help of the distance between sagittal plane of the spinal process and the enter point,the other by the method advised by Ebraheim.  CT scan was applied to evaluate the place of the screws,according to the perforation extent,they were classified into 4 grades:A=totally in  the  pedicle;B=perforation  extent<2mm;C=perforation  extent  2～4 mm;D=perforation extent>4mm.［Result］The individualized group showed much lower perforation rate than the traditional method group in T3～10, and similar in T1,T2,T11,12.［Conclusion］It can obviously improve the accuracy of the pedicle  screw placement to use the distance between sagittal plane of the spinal process and the enter point to localize the enter point,especially when anatomic landmark such as articulationes zygapophysiales and transverse process change.

    Key words：spine;  pedicle screw;  screw implant;  individualized;  enter point

    椎弓根螺钉内固定系统的关键技术是螺钉植入。由于椎弓根周围有许多重要结构毗邻，其内侧有硬膜囊、前外侧有血管如椎动脉，上下有神经根等，这就要求螺钉植入务必通过椎弓根轴心线，否则，易突破椎弓根皮质，不仅会降低螺钉矫形、固定的力学性能，更因损伤周围重要结构而产生严重并发症。因此，螺钉植入必须位于三维空间中唯一的一个正确通道上，即：按照正确的水平面角和矢状面角，沿着椎弓根长轴穿过椎弓根这一狭小的骨性通道。尽管目前有较多文献报道有关螺钉植入的各种参数及解剖定位标志，但个体间均存在着不同程度的差异；即使同一个体不同节段甚至同一节段两侧椎弓根之间其直径、方向及螺钉入点与上下关节突和横突间的关系并不相同。要准确植入椎弓根螺钉，尤其在脊柱颈段及上中胸段，依据个体差异及固定节段的解剖特点实施个体化置钉非常必要。而个体化的首要一点，即是个体化的进钉点，因为如果进钉点不正确，即使螺钉的直径、长度、水平面角和矢状面角全都准确，螺钉的位置也会发生很大的偏差。进钉点往往采用两条相互垂直的定位线的交叉点来定位。本课题采用进钉点到棘突中心矢状面的垂直距离用于进钉点在水平方向上的定位，在人体脊柱标本上进行胸椎的椎弓根螺钉置钉，并就螺钉准确率与传统定位方法进行比较。

    1  材料与方法

    1.1  材料

    于华中科技大学同济医学院解剖教研室收集人体脊柱标本30俱 (T1～12，无明显脊柱疾病)，中华长城胸椎椎弓根螺钉不同型号共计50 枚。   

    1.2  方法

    每个标本两侧螺钉置入使用2种进钉方法，分为实验组和对照组。行CT扫描，并在CT横断面图像上测量如下数据：椎弓根宽度a，进针点到椎体前缘的距离b，进钉点到棘突中心矢状面的垂直距离c，椎弓根纵轴与椎体矢状轴的夹角A，在侧位片上测量椎弓根纵轴与操作台垂直线的夹角B(图1、2)。2组选用相同的螺钉及相同进钉角度(螺钉长度≤b×80％；螺钉直径≤a，椎弓根纵轴与椎体矢状轴的夹角：A.椎弓根纵轴与操作台垂直线的夹角=B)并由同一操作者进行置钉。实验组采用进钉点到棘突中心矢状面的垂直距离C，用于进钉点在水平方向上的定位(图3)，以此为依据进行置钉；对照组进钉点：  Ebraheim法(T1～2上关节突外缘内7～8 mm，横突中线上3～4 mm；T3～12为上关节突外缘内4～5 mm，横突中线上5～8 mm)；下关节中点外侧3 mm划一垂线，自横突基底部上方1／3处划一水平线，两线的交点。置钉后行CT扫描，判断螺钉有无穿破椎弓根内侧或外侧壁及穿破程度(图4)，按照穿破程度进行分级［1,2］：A=完全位于椎弓根内；B=穿破程度<2 mm；C=穿破程度2～4 mm；D=穿破程度>4 mm，并就两组同一节段的穿破率及穿破量之间的差异进行统计学分析。

    图1  椎弓根纵轴与操作台垂直线的夹角B  图2  椎弓根宽度a，进针点到椎体前缘距离b，进钉点到棘突中心矢状面的垂线距离c，椎弓根纵轴与椎体矢状轴的夹角A  图3  术中利用进钉点到棘突中心矢状的垂线距离进行水平方向上的定位  图4  CT扫描判断螺钉有无穿破椎弓根面内侧或外侧壁及穿破程度

    2  结  果

    2.1  椎弓根内外侧壁穿破率及穿破程度，见表1(平均值)。经t检验，T3～10水平两组的穿破程度有显著差异，T1, 2，T11，12水平两者无显著差异。

    2.2  椎弓根螺钉穿破程度分级，见表2。由于硬膜囊与椎弓根皮质骨之间的距离是2～3 mm，所以，A和B级可以认为是相对安全的，C、D级极有可能损伤脊髓。在T3～18水平，螺钉的穿破程度(C，D级)明显高于其他节段，与椎弓根在这些节段横径变小有关；T1～12，实验组中C，D级的发生率低于对照组。

    3  讨  论

    经椎弓根螺钉固定技术是脊柱外科中发展最迅速的内固定技术之一。后路装置固定和植骨融合常用于创伤、退变、肿瘤、畸形等导致的脊柱不稳的治疗。经椎弓根螺钉固定可提供坚强的附着点，更好地固定脊柱的前、中、后三柱结构，产生三维固定和矫形功能，性能优于前路装置和后路钩棒装置。但经椎弓根螺钉可能给邻近的神经血管造成损伤，尤其在胸椎。尽管关于胸椎椎弓根解剖，生物力学的研究报道逐渐增多，但对经椎弓根螺钉固定技术在胸椎骨折的治疗及在脊柱畸形的矫正中广泛应用的益处仍有争议。RoyCamille首先建议胸椎经椎弓根螺钉进针点位于横突与关节突关节中线交点。Ebraheim研究胸椎椎弓根轴在胸椎后面的投影点发现T1，2在上关节突外缘内7～8 mm，横突中线上3～4 mm，T3～12在上关节突外缘内4～5 mm,横突中线上5～8 mm。Magerl认为关节突外缘与横突中线的交点是胸椎椎弓根螺钉进针点；Louis认为不同水平应有不同进针点,T3以上为上位胸椎下关节突下3 mm和关节突外缘内3 mm，T4～10位于关节突外缘更内侧一些。椎弓根螺钉进针点在内外侧面上位置比上下方向上的位置更重要，因为除了T1，T2胸椎椎弓根宽度明显比高度小得多。Ebraheim基于对胸椎标本的观察认为术中上关节突外侧面较难看到，因为它位于相应下关节突外缘前面，故下关节突外侧缘可用于内外平面上胸椎弓根轴投射点的定位。

    McCormack研究发现胸椎椎弓根到横突基底中点在头尾方向上的距离，T1横突在椎弓根头侧5.45±1.2 mm。这种关系在胸椎水平下降时逐渐变化到T12，横突在椎弓根尾侧6.6±2.4 mm，在T6，7水平相齐，故尽管横突在腰椎弓根定位中是可靠的标志，但这种关系在胸椎变化较大，仅有中度可靠性。Weinstein认为应避免损伤关节突关节而影响非固定节段的运动，进钉点位于上关节突的顶部，即上关节突的外下角，向内成角10°～15°。唐天驷认为进钉点在胸椎自小关节的下缘和小关节中心交点的外侧3 mm处划一垂直线与自横突基底上方1／3处划一水平线的交点。崔新刚［4］等采用棘突根部上缘水平线与关节突关节外缘垂直交点为椎弓根螺钉进钉点，L5选在该点下方5 mm，T12选在该点上方5 mm，但该方法只适用于无解剖变异或无结构破坏的椎弓根螺钉内固定，并且无法在不同个体不同节段实施螺钉的个体化植入。王根林等从放射解剖学角度根据标准正位片上椎弓根投影来定位进钉点，但该方法的准确性受X线片拍摄效果，投射角度及阅片人的读片误差等影响。谭伦［5］测量正常腰椎正位X线片上椎板边缘与椎弓根中心点的距离，并以此为根据进行椎弓根螺钉的置入，一次性置钉准确率96％。表1  椎弓根内外侧壁穿破率及穿破程度实验组对照组穿破率表2  椎弓根螺钉穿破程度分级实验组对照组AB

    尽管目前有较多文献报道有关螺钉植入的各种参数及解剖定位标志，但个体间均存在着不同程度的差异，况且不同节段的椎骨乃至同一节段的不同椎骨之间其椎弓根直径、方向及螺钉入点与上关节突和横突的关系并不相同，要准确植入椎弓根螺钉，尤其在胸椎，针对每一个体，依据其固定节段的解剖特点实施个体化置钉非常必要。本实验采用进钉点到棘突中心矢状面的垂直距离用于椎弓根螺钉进钉点在水平方向上的定位，排除螺钉直径，长度，角度等因素影响，以传统方法作为对照，结果显示该方法能够较明显的提高螺钉植入的准确率，尤其在T3～10节段，实验组的螺钉穿破率明显低于对照组，穿破程度明显小于对照组，说明了根据不同个体和不同节段的椎弓根解剖特点进行个体化螺钉定位的必要性和有效性。由于解剖变异，外伤、肿瘤破坏等原因使关节突关节，横突等解剖标志发生改变，传统定位方法无法有效进行时，使用该方法可以准确的进行椎弓根螺钉在水平方向上的定位，亦可以在正常解剖情况下作为传统定位方法的有效补充。

【参考文献】
  ［1］ Rampersaud YR,Pik JH，Salonen D,et al．Clinical accuracy of fluoroscopic computerassisted pedicle screw fixation：a CT analysis［J］．Spine，2005，7：183-190．

［2］ Heary RF,Bono CM,Black M．Thoracic pedicle screws： postoperative computerized tomography scanning assessment［J］．J Neurosurg,2004,4：325-331.

［3］ 崔新刚，张佐伦，刘建营，等.棘突定位法在胸腰椎椎弓根螺钉内固定中的应用［J］.中国脊柱脊髓杂志，2004,7:429-431.

［4］ 王根林，杨惠林，牛国旗，等.标准位X线上胸腰椎椎弓根螺钉进钉点及进钉深度研究［J］.中国临床解剖学杂志，2006,3:272-274.

［5］ 谭 伦，吴 超，罗小中，等.以椎板边缘对腰椎椎弓根螺钉进钉点的个体化定位［J］.中国矫形外科杂志，2008,3:207-210.

作者单位：1.武汉市普爱医院骨科;2.华中科技大学同济医院骨科，武汉