頸椎椎弓根進(jìn)釘通道、進(jìn)釘點(diǎn)與椎體外側(cè)面三維關(guān)系定位分析

李嚴(yán)兵，張韶輝，謝 叻，陸 聲，周小兵，王愛(ài)平，陳志強(qiáng)，歐陽(yáng)鈞，鐘世鎮(zhèn)

頸椎是經(jīng)椎弓根內(nèi)固定難度較大的節(jié)段，其特殊解剖結(jié)構(gòu)和位置決定了經(jīng)椎弓根內(nèi)固定手術(shù)的復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)[1-3]。隨著導(dǎo)航手術(shù)和數(shù)字技術(shù)在脊柱外科的應(yīng)用，實(shí)施頸椎椎弓根內(nèi)固定手術(shù)的成功率越來(lái)越高。成功的椎弓根螺釘固定由椎弓根進(jìn)釘點(diǎn)的定位、三維空間內(nèi)椎弓根螺釘置入角度、適當(dāng)?shù)穆葆斨睆脚c長(zhǎng)度三方面決定[4-8]。本文運(yùn)用數(shù)字技術(shù)對(duì)中下頸椎進(jìn)釘通道、進(jìn)釘點(diǎn)和椎體的三維關(guān)系進(jìn)行相關(guān)研究。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)。

1.2 研究對(duì)象

6 例健康成人體檢連續(xù)CT（美國(guó)GE Medical Systems/LightSpeed16）掃描數(shù)據(jù)集，男4例，女2例，年齡34～75歲，平均53歲。仰臥位，行頭頸部連續(xù)掃描。掃描條件：電壓120 kV，電流150 mA，層厚1.25 mm，512×512矩陣。

1.3 方法

1.3.1 選擇不同節(jié)段頸椎三維重建數(shù)字解剖模型，導(dǎo)入U(xiǎn)G Imageware 12.0。

1.3.2 定位目標(biāo)對(duì)象三維參照平面，確定頸椎正中矢狀切面和經(jīng)椎弓根中部水平面為正交平面，0o水平面為0o矢狀面螺釘置入角（saggital screw angle，SSA）參考平面，正中矢狀切面為0o水平面螺釘置入角（transverse screw angle，TSA）參考平面。

1.3.3 各節(jié)段頸椎定位分析 將椎體由前至后分成10等份，以此作為定位分析椎弓根進(jìn)釘通道邊界深度比例的依據(jù)，由前至后分別將10等份標(biāo)志線(xiàn)確定為椎體邊界深度的100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%和0%（圖1A，1B）。從椎骨表面解剖模型切取椎弓根輪廓，獲得椎弓根表面邊界，可任意旋轉(zhuǎn)觀(guān)察椎弓根內(nèi)部三維空間及其表面投影內(nèi)邊界，沿垂直軸旋轉(zhuǎn)觀(guān)察椎弓根投影邊界外側(cè)緣與椎體邊界深度標(biāo)志線(xiàn)的交叉重疊比例，以椎弓根投影邊界外側(cè)緣與椎體深度邊界標(biāo)志線(xiàn)相切為標(biāo)準(zhǔn)，確定此旋轉(zhuǎn)角度為該邊界深度的外偏角度，在此角度確定椎弓根三維空間的投影內(nèi)邊界及其內(nèi)切圓，建立椎弓根進(jìn)釘通道和最大螺釘通道，將內(nèi)切圓圓心平移到椎板表面，內(nèi)切圓圓心在椎板的對(duì)應(yīng)點(diǎn)為該角度的最佳進(jìn)釘點(diǎn)，平移距離為通道長(zhǎng)度，內(nèi)切圓半徑為最大進(jìn)釘螺釘半徑，以此方法分別確定C3～C7左右椎弓根外側(cè)投影邊界在椎體90%邊界深度時(shí)的外偏角、通道長(zhǎng)度及最大進(jìn)釘螺釘半徑，確定它們的最佳進(jìn)釘點(diǎn)，分別測(cè)量各節(jié)段最佳進(jìn)釘點(diǎn)與椎弓根中部水平面的垂直距離（上方為正值、下方為負(fù)值）、與椎弓根在0o偏角時(shí)投影邊界外側(cè)緣對(duì)應(yīng)在椎板表面標(biāo)志線(xiàn)之間的垂直距離（內(nèi)側(cè)為正值、外側(cè)為負(fù)值）以及與0o偏角時(shí)椎板側(cè)塊邊界垂直距離（圖1C，1D）。

圖1 頸椎椎弓根進(jìn)釘通道三維分析

2 結(jié)果

（1）C3～C7椎弓根進(jìn)釘通道內(nèi)切圓半徑逐漸增大，范圍在2.6～3.8 mm之間，其中C7最大，C3最?。ㄗ髠?cè)：2.6 mm，2.7 mm，2.9 mm，3.1 mm，3.4 mm；右側(cè)：2.5 mm，3.0 mm，3.1 mm，3.1 mm，3.8 mm）。（2）C3～C7椎弓根進(jìn)釘通道長(zhǎng)度逐漸增大，范圍在23.9～28.2 mm之間，其中C7最大，C3最?。ㄗ髠?cè)：23.9 mm，23.9 mm，24.5 mm，27.9 mm，27.8 mm；右側(cè)23.4 mm，23.8 mm，24.5 mm，26.7 mm，28.2 mm）。（3）C3～C7椎弓根進(jìn)釘通道外偏角度范圍在33.2o～37.9o之間（左側(cè)：33.2o，33.2o，35.0o，35.3o，33.5o；右 側(cè) 33.2o，37.9o，37.0o，36.3o，34.3o）。（4）C3～C7椎弓根進(jìn)釘通道的最佳進(jìn)釘點(diǎn)到椎弓根中部水平面垂距：左側(cè)：-0.5 mm，0.8 mm，-0.3 mm，-0.4 mm，-0.5 mm；右側(cè)：-0.1 mm，0.5 mm，0.1 mm，-0.3 mm，-0.1 mm，其中上方為正值，下方為負(fù)值。進(jìn)釘點(diǎn)位于參考平面上下1 mm左右。（5）C3～C7椎弓根進(jìn)釘通道最佳進(jìn)釘點(diǎn)到椎弓根外邊界垂距分別為：左側(cè)：-5.8 mm，-5.3 mm，-6.9 mm，-5.7 mm，-2.7 mm；右側(cè)：-5.4 mm，-6.3 mm，-6.5 mm，-5.9 mm，-3.0 mm，內(nèi)側(cè)為正值，外側(cè)為負(fù)值。其中C3～C6進(jìn)釘點(diǎn)位于椎弓根外邊界線(xiàn)外側(cè)5～7 mm之間，C7進(jìn)釘點(diǎn)位于邊界線(xiàn)外側(cè)3 mm左右。（6）C3～C7椎弓根進(jìn)釘通道最佳進(jìn)釘點(diǎn)到側(cè)塊邊界垂距分別為：左側(cè)：4.1 mm，4.8 mm，3.6 mm，2.7 mm，3.8 mm；右側(cè)：4.1 mm，3.3 mm，3.3 mm，3.4 mm，3.3 mm，內(nèi)側(cè)為正值，外側(cè)為負(fù)值。C3～C7進(jìn)釘點(diǎn)位于側(cè)塊邊界線(xiàn)內(nèi)側(cè)3～5 mm之間。

C3～C7椎弓根進(jìn)釘通道最佳進(jìn)釘點(diǎn)到側(cè)塊邊界垂距與到椎弓根外邊界垂距比值分別為：左側(cè)：0.7，0.9，0.5，0.5，1.4；右側(cè)：0.8，0.5，0.5，0.6，1.1。其中只有C7比值＞1，那么可以確定進(jìn)釘點(diǎn)位置C3～C6在兩參考標(biāo)志線(xiàn)中線(xiàn)外側(cè)，C7在兩參考標(biāo)志線(xiàn)中線(xiàn)內(nèi)側(cè)（圖2，圖3）。

C3～C7椎體90%邊界深度進(jìn)釘通道以及最佳進(jìn)釘點(diǎn)（圖4）三維測(cè)量的具體結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。

3 討論

3.1 C3～C7椎弓根應(yīng)用解剖學(xué)特點(diǎn)

Ugur等[9]研究了頸椎椎弓根內(nèi)徑平均值，與硬脊膜囊、上下神經(jīng)根和椎動(dòng)脈等毗鄰重要結(jié)構(gòu)的距離以及頸椎椎弓根與椎體的夾角角度等，其椎弓根直徑在6.0～7.5 mm之間波動(dòng)，椎弓根與椎體水平面成角在37°～45°之間波動(dòng)，矢狀面成角在1°～8.6°之間波動(dòng)，偏內(nèi)上側(cè)皮質(zhì)骨較厚，外下方皮質(zhì)骨較薄，但存在個(gè)體差異。Panjabi等[10]對(duì)頸椎椎弓根內(nèi)徑進(jìn)行解剖學(xué)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)C3和C4內(nèi)徑最小，平均3 mm；C7椎弓根內(nèi)徑最大，平均5 mm；C5和C6居中，平均3.5～4.5 mm，并提出椎弓根釘?shù)姆€(wěn)定性及抗拔出力主要取決于內(nèi)徑大小而不是外徑大小。頸椎弓根在水平面上位于椎管和橫突孔、椎體后緣與關(guān)節(jié)突之間。C3～C6的椎弓根走行是從后外側(cè)指向前內(nèi)側(cè)，與上下關(guān)節(jié)突間側(cè)塊的前內(nèi)側(cè)面相連。椎動(dòng)脈隨C6到C2的上升過(guò)程而逐漸向前向內(nèi)側(cè)走行，在C2橫突孔內(nèi)從下內(nèi)方向上外側(cè)方走行，而后上行穿過(guò)寰椎橫突孔轉(zhuǎn)向后內(nèi)方繞側(cè)塊之后，經(jīng)寰椎后弓上面的椎動(dòng)脈溝向中央走行，穿過(guò)寰枕后膜進(jìn)入顱內(nèi)形成基底動(dòng)脈。椎動(dòng)脈溝前方為上關(guān)節(jié)凹，與枕骨的枕髁相關(guān)節(jié)。C7側(cè)塊薄，椎弓根寬大，僅5%有椎動(dòng)脈孔，適合進(jìn)行椎弓根螺釘固定。

圖2 C3～C6進(jìn)釘點(diǎn)標(biāo)志線(xiàn)

圖3 C7進(jìn)釘點(diǎn)標(biāo)志線(xiàn)

表1 C3～C7椎體90%邊界深度進(jìn)釘通道內(nèi)切圓半徑、通道長(zhǎng)度與進(jìn)釘角度（n=6，±s）

表1 C3～C7椎體90%邊界深度進(jìn)釘通道內(nèi)切圓半徑、通道長(zhǎng)度與進(jìn)釘角度（n=6，±s）

C3 C4 C5 C6 C7內(nèi)切圓半徑左右2.6±0.4 2.5±0.72.7±0.5 3.0±0.62.9±0.4 3.1±0.53.1±0.6 3.1±0.63.4±0.6 3.8±0.6通道長(zhǎng)度左右23.9±1.8 23.4±2.523.9±1.8 23.8±2.224.5±2.3 24.5±2.027.3±1.4 26.7±2.027.8±1.0 28.2±1.7進(jìn)釘角度左右33.2±6.3 33.2±6.033.2±6.0 37.9±4.235.0±4.0 37.0±6.935.3±5.2 36.3±4.933.5±1.9 34.3±2.1

表2 C3～C7椎弓根進(jìn)釘通道椎體90%邊界深度最佳進(jìn)釘點(diǎn)位置（n=6，±s）

表2 C3～C7椎弓根進(jìn)釘通道椎體90%邊界深度最佳進(jìn)釘點(diǎn)位置（n=6，±s）

C3 C4 C5 C6 C7水平面垂距左右-0.5±0.5 -0.1±0.70.9±1.0 0.5±1.1-0.3±0.4 0.1±0.7-0.4±0.7 -0.3±0.5-0.5±0.6 -0.1±0.2椎弓根外邊界垂距左右-5.8±1.3 -5.4±2.0-5.3±1.0 -6.3±1.3-6.6±2.0 -6.5±2.8-5.7±0.9 -5.9±1.0-2.7±0.8 -3.0±1.1側(cè)塊邊界垂距左右4.1±1.3 4.1±1.44.8±1.1 3.3±0.53.6±1.9 3.3±1.82.7±1.4 3.4±1.63.8±1.1 3.3±1.0

圖4 C3～C790%邊界深度最佳進(jìn)釘點(diǎn) 4A非透明 4B透明

3.2 頸椎椎弓根內(nèi)固定手術(shù)的置釘方法

自1994年Abumi等[11]首次應(yīng)用椎弓根螺釘固定系統(tǒng)治療C2～C7頸椎損傷患者以來(lái)，已有多種置釘方法見(jiàn)諸報(bào)道。主要包括以下幾種：（1）Abumi法[11]：C3～C7進(jìn)針點(diǎn)為固定椎上位椎下關(guān)節(jié)突下端的略下方側(cè)塊外緣向內(nèi)約5 mm處；與椎體矢狀線(xiàn)成角25°～45°，C5～C7與上終板平行，C4針尖端略向頭方傾斜，C3較C4再略向頭方傾斜。（2）Ebraheim法[12]：于上一椎體左右下關(guān)節(jié)突下緣連橫線(xiàn)，再于相鄰椎骨側(cè)塊外緣連縱線(xiàn)，進(jìn)針點(diǎn)為橫線(xiàn)下1.6～2.6 mm，縱線(xiàn)內(nèi)4.5～6.4 mm；水平面上與側(cè)塊表面呈90°～100°，矢狀面上與側(cè)塊表面呈53°～94°夾角。（3）王東來(lái)法[13]：以頸椎關(guān)節(jié)突背面中點(diǎn)為原點(diǎn)，建立平面直角坐標(biāo)系，進(jìn)針點(diǎn)為C3～C6在外上象限的終點(diǎn)，C7在Y軸上，上關(guān)節(jié)面下緣略下方；進(jìn)針?lè)较驗(yàn)镃3～C6與矢狀線(xiàn)呈40°～45°夾角、C7與矢狀線(xiàn)呈30°～40°夾角，平行相應(yīng)節(jié)段椎體上終板。（4）譚明生“管道疏通法”[14]：于側(cè)塊背面上1/2、椎弓根軸線(xiàn)與側(cè)塊背面皮質(zhì)骨的交點(diǎn)A與椎弓根管口內(nèi)側(cè)緣起點(diǎn)平行矢狀面的延長(zhǎng)線(xiàn)與側(cè)塊背面皮質(zhì)骨的交點(diǎn)B之間約5 mm×9 mm的橢圓孔部用咬骨鉗或磨鉆去除皮骨，用3 mm刮匙以旋轉(zhuǎn)方式刮除松質(zhì)骨，暴露椎弓根管口和椎弓根管腔3～5 mm，用直徑1 mm、長(zhǎng)度30 mm的克氏針在C臂X線(xiàn)機(jī)透視下定位，用自制方向定位器導(dǎo)向，根據(jù)術(shù)前測(cè)量的矢狀面及水平面夾角值，直視下置釘。

3.3 數(shù)字化頸椎椎弓根進(jìn)釘通道的特征

我們?cè)趯?duì)6例健康成人CT連續(xù)掃描獲取原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)對(duì)椎體90%邊界深度進(jìn)釘通道大小、長(zhǎng)度及其進(jìn)釘點(diǎn)位置等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行三維測(cè)量和分析。結(jié)果表明，C3～C7椎弓根進(jìn)釘點(diǎn)以側(cè)塊邊界和椎弓根外邊界作為參考線(xiàn)，C3～C6最佳進(jìn)釘點(diǎn)位置在兩參考標(biāo)志線(xiàn)中線(xiàn)外側(cè)，C7在兩參考標(biāo)志線(xiàn)中線(xiàn)內(nèi)側(cè)，這一研究結(jié)果為頸椎椎弓根螺釘固定手術(shù)提供了準(zhǔn)確可靠的三維解剖學(xué)數(shù)據(jù)，為提高術(shù)中置釘?shù)臏?zhǔn)確率和手術(shù)的成功率奠定了基礎(chǔ)。

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