國人頸椎椎間盤解剖參數(shù)與常用人工椎間盤尺寸的比較

董 亮，許正偉，王棟琪，葛朝元，孫宏慧，陳秀錦，錢立雄，郝定均

西安交通大學附屬紅會醫(yī)院脊柱外科，西安 710054

頸椎前路椎間盤切除融合術(shù)（ACDF）已成為頸椎病前路手術(shù)的金標準［1-2］，但長期隨訪發(fā)現(xiàn)，ACDF術(shù)后相鄰節(jié)段退行性變（ASD）發(fā)生率較高［3-4］。近年來有學者采用椎間盤置換術(shù)（TDR）治療頸椎病，TDR理論上可通過保留手術(shù)節(jié)段活動度、減輕相鄰節(jié)段代償增加的負荷和活動度，降低ASD的發(fā)生率［5-6］。隨著TDR應用的增多，因頸椎解剖尺寸與人工椎間盤尺寸不匹配導致的并發(fā)癥也相應增多，其中最常見的是人工椎間盤沉降，因人工椎間盤尺寸過小、應力集中而導致［7］。此外，頸椎解剖尺寸與人工椎間盤尺寸不匹配也可導致異位骨化和異常的頸椎曲度［8］。目前國內(nèi)臨床上常用的人工椎間盤都是根據(jù)國外人群（特別是西方人）頸椎尺寸設計的，有研究報道，亞洲人頸椎尺寸小于西方人［9］，因此有必要分析國人頸椎解剖數(shù)據(jù)與常用人工椎間盤尺寸的匹配度，并提出合理的人工椎間盤設計方案。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集138例中國患者的頸椎三維CT資料。患者年齡為18 ～ 45歲。納入標準與Thaler等［10］的研究一致：①非神經(jīng)根性頸部疼痛；②頸椎三維CT（256排Brilliance iCT，荷蘭Philips公司）檢查無頸椎退行性變征象（椎間盤突出、骨質(zhì)增生、后縱韌帶骨化等）；③C1～7椎體及椎間盤均能在CT圖像上顯示。排除標準：①神經(jīng)根型或脊髓型頸椎病；②因骨折、結(jié)核或腫瘤導致的骨質(zhì)破壞；③有頸椎手術(shù)史。

1.2 影像學測量

138例患者C2/C3、C3/C4、C4/C5、C5/C6、C6/C7共690個節(jié)段，采用影像歸檔和通信系統(tǒng)（PACS，加拿大Carestream Health公司）測量。三維CT測量數(shù)據(jù)（圖1）：①正中冠狀面測量各節(jié)段上下終板橫徑；②正中矢狀面測量各節(jié)段上下終板前后徑，各節(jié)段椎間盤高度（前高、中高、后高），各節(jié)段椎間角度。

1.3 研究方法

所有數(shù)據(jù)均測量3次，取平均值。將測量數(shù)據(jù)與常用人工椎間盤尺寸進行比較，分析常用人工椎間盤的尺寸范圍是否能夠滿足各個椎間隙的尺寸范圍，如果椎間隙的尺寸沒有相應人工椎間盤匹配被認定為不匹配，計算不匹配率。常用人工椎間盤包括Bryan（Medtronic公司，美國）、Prestige LP（Medtronic公司，美國）、Discover（DePuy公司，美國）、Prodisc-C（Synthes公司，美國）。

圖1 CT影像上測量頸椎椎體尺寸Fig. 1 Measurement of cervical vertebral body size on CT

1.4 統(tǒng)計學處理

采用Microsoft Excel 2013統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，計量資料以表示，計數(shù)資料以例數(shù)和百分數(shù)表示。

2 結(jié) 果

2.1 頸椎椎體終板前后徑匹配度

常用人工椎間盤前后徑尺寸范圍為12 ～ 18 mm，CT測量的國人頸椎終板前后徑范圍為10.11 ～ 22.88 mm（表1）。其中，22.54%（311/1 380）的頸椎終板前后徑?jīng)]有合適尺寸的人工椎間盤與其匹配，19.71%（272/1 380）的終板前后徑大于最大人工椎間盤前后徑。匹配度最差的是C6/C7節(jié)段終板前后徑與Discover人工椎間盤，不匹配率為57.61%（159/276，表2）；匹配度最好的是C3/C4節(jié)段終板前后徑與Prodisc-C和Prestige LP人工椎間盤，不匹配率為15.22%（42/276，表2）。根據(jù)4種人工椎間盤尺寸和138例患者CT測量的全部前后徑數(shù)據(jù)比較，匹配度較高的人工椎間盤為Prodisc-C和Prestige LP。

2.2 頸椎椎體終板橫徑匹配度

常用人工椎間盤橫徑尺寸范圍為14 ～ 19 mm，CT測量的國人頸椎終板橫徑范圍為12.01 ～ 28.18 mm（表1）。其中，52.61%（726/1 380）的頸椎終板橫徑與人工椎間盤尺寸不匹配，52.17%（720/1 380）的終板橫徑大于最大人工椎間盤橫徑。匹配度最差的為C6/C7節(jié)段終板橫徑與Bryan人工椎間盤，不匹配率為94.93%（262/276，表2）；匹配度最高的是C3/C4節(jié)段終板橫徑與Prodisc-C和Prestige LP人工椎間盤，不匹配率為24.28%（67/276，表2）。同一節(jié)段中，下終板橫徑與人工椎間盤的不匹配率大于上終板橫徑，匹配度最差的是C6下終板橫徑與Bryan人工椎間盤，不匹配度為99.28%（137/138）。根據(jù)4種人工椎間盤尺寸和138例患者CT測量的全部橫徑數(shù)據(jù)比較，匹配度較高的人工椎間盤為Prodisc-C和Prestige LP。

2.3 椎間隙高度

Bryan椎間盤高度不固定，其余人工椎間盤的高度范圍為5 ～ 8 mm。人體頸椎椎間隙高度最高為7.75（表3），因此，人工椎間盤的高度均能適應最大的椎間隙高度。然而，39.12%（270/690）的椎間隙中高低于人工椎間盤的最小高度尺寸。椎間隙的前高和后高均小于椎間隙中高，85.07%（587/690）的椎間隙前高和98.55%（680/690）的椎間隙后高小于人工椎間盤的最小高度尺寸（表2）。根據(jù)4種人工椎間盤尺寸和138例患者CT測量的全部椎間隙高度數(shù)據(jù)比較，Bryan人工椎間盤因高度可在體內(nèi)自動調(diào)節(jié)，更加適合國人普遍較小的椎間隙高度。

表1 頸椎椎體上終板和下終板解剖尺寸Fig. 1 Anatomical dimensions of upper and lower endplates of cervical spine N=138，d/mm

表2 頸椎椎體尺寸與常用人工椎間盤的不匹配率Tab. 2 Mismatch rate between cervical vertebral body size and common artificial intervertebral discs

續(xù)表2

節(jié)段Segment人工椎間盤Artificial intervertebral disc前后徑Anterior-posterior diameter N=276橫徑Center mediolateral diameter N=276椎間隙前高Anterior height of intervertebral space N=138椎間隙中高Middle height of intervertebral space N=138椎間隙后高Posterior height of intervertebral space N=138 C5/C6 Bryan 78（28.26） 197（71.38） - - -Prodisc-C 60（21.74） 147（53.26） 111（80.43） 67（48.55） 137（99.28）Prestige LP 60（21.74） 147（53.26） 111（80.43） 62（44.93） 137（99.28）Discover 142（51.45） 164（59.42） 111（80.43） 62（44.93） 137（99.28）C6/C7 Bryan 125（45.29） 262（94.93） - - -Prodisc-C 80（28.99） 242（87.68） 108（78.26） 42（30.43） 135（97.83）Prestige LP 80（28.99） 242（87.68） 107（77.54） 31（22.46） 135（97.83）Discover 159（57.61） 247（89.49） 107（77.54） 31（22.46） 135（97.83）

表3 頸椎椎間隙高度和椎間角度Fig. 3 Height and angle of cervical intervertebral

2.4 椎間角度

C2/C3、C3/C4、C4/C5、C5/C6、C6/C7節(jié)段椎間矢狀角分別為3.64°、4.51°、5.04°、5.15°、4.13°，納入的4種人工椎間盤中只有Discover人工椎間盤有固定的7°前凸角與之相符［11］。

3 討 論

雖然TDR能否確切降低ASD發(fā)生率仍然存在爭議，需要更多的隨機對照試驗進一步明確，但是多項試驗證實TDR在保留手術(shù)節(jié)段活動度上存在優(yōu)勢［5-6］。2003年，TDR首次被引入國內(nèi)用于治療單節(jié)段頸椎病，此后多種不同的人工椎間盤在國內(nèi)得到廣泛應用，并取得良好的臨床療效［12-13］。隨著TDR的廣泛應用，對其并發(fā)癥的報道也隨之增加，其中人工椎間盤沉降等并發(fā)癥的發(fā)生與設備和椎體的不匹配有關［7］。生物力學實驗證實，人工椎間盤假體與頸椎終板接觸的面積越大，椎間盤沉降的發(fā)生率越低；匹配度越差，導致應力越集中，椎間盤沉降的風險就越大［14-15］。此外，有研究顯示，椎間盤置換術(shù)后3年異位骨化發(fā)生率達76.2%［8］。發(fā)生異位骨化的機制仍不明確，但椎間盤尺寸過小與異位骨化的發(fā)生存在相關性［8］。人工椎間盤過大可導致頸椎前方結(jié)構(gòu)（神經(jīng)、氣管、食管）和后方結(jié)構(gòu)（脊髓）受壓，引起相應的癥狀和體征［10］。人工椎間盤與椎體不匹配影響頸椎旋轉(zhuǎn)中心，導致異常的頸椎曲度和生物力學性能，還可增加后方關節(jié)突關節(jié)和相鄰節(jié)段的負荷，導致小關節(jié)炎和 ASD［16-17］。

綜合以上因素，TDR中人工椎間盤與頸椎上下終板較高的匹配度顯得極其重要。然而，國內(nèi)臨床應用的人工椎間盤均是根據(jù)西方人的椎體尺寸設計［18］。Tan等［19］通過測量新加坡人的頸椎解剖結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)現(xiàn)，新加坡華人中9.3% ～ 11.0%的上終板前后徑和3.2% ～ 15.0%的下終板前后徑小于西方人椎體。Kim等［9］報道韓國人的椎體上終板尺寸小于西方人椎體。因此，亞洲人的部分頸椎終板小于臨床常用的最小人工椎間盤［18］。

Thaler等［10］測量了24例奧地利人的頸椎終板解剖結(jié)構(gòu)尺寸，發(fā)現(xiàn)人工椎間盤與頸椎終板的尺寸在很大比例上不相符。本研究中也發(fā)現(xiàn)國內(nèi)常用的人工椎間盤與國人頸椎解剖結(jié)構(gòu)尺寸存在較大的不匹配度。本研究中138例患者C2～7共690個節(jié)段中，椎體的前后徑范圍為10.11 ～ 22.88 mm，22.54%（311/1 380）的頸椎終板前后徑?jīng)]有合適的人工椎間盤匹配。椎體的橫徑范圍為13.45 ～ 28.18 mm，52.61%（726/1 380）的頸椎終板橫徑與人工椎間盤不匹配，其中52.17%（720/1 380）的終板橫徑大于最大的人工椎間盤橫徑。研究表明，同一椎體終板，橫徑明顯大于前后徑。因此，人工椎間盤的設計也應該是橫徑大于前后徑，才能與頸椎匹配，獲得更大的貼附面積。Prodisc-C、Prestige LP和Discover人工椎間盤在設計上符合此要求。

椎間隙中間高度是置入人工椎間盤高度的標準。人工椎間盤的高度范圍為5 ～ 8 mm（Prestige LP、Discover和Prodisc-C），本研究中39.12%（270/690）的椎間隙中高低于最小的人工椎間盤高度，椎間隙高度＜ 5 mm的患者置入相對高的人工椎間盤可能影響椎間活動度，并增加后方關節(jié)囊和鉤椎關節(jié)韌帶的緊張度，從而引起患者不適。本研究測量結(jié)果顯示，椎間隙前、后高度均小于中間高度，頸椎終板呈現(xiàn)前后低、中間高的凸型結(jié)構(gòu)。因此，如果想要貼附好，對于上下蓋板平行的人工椎間盤，勢必要磨除頸椎終板前后骨質(zhì)，這樣也增加了手術(shù)時間和椎間盤沉降的風險。因此，凸面設計的人工椎間盤（如美國Cervitech公司的PCM人工椎間盤）能更好地與頸椎終板貼附，增加接觸面積［20-21］。

頸椎椎間角度構(gòu)成了頸椎生理曲度，本研究中，C2/C3、C3/C4、C4/C5、C5/C6、C6/C7節(jié)段平均椎間矢狀角分別為3.64°、4.51°、5.04°、5.15°、4.13°。國內(nèi)常用的人工椎間盤其上下蓋板均為平行結(jié)構(gòu)，而Discover人工椎間盤符合頸椎生理曲度設計，具有7°的固定生理曲度［11］。然而，由于人工椎間盤上下蓋板是可移動的，多項研究證實，幾乎所有的人工椎間盤均能夠很好地保持頸椎的生理曲度［11，22-23］。因此，具有生理曲度的Discover人工椎間盤與其他人工椎間盤相比能否更好地保持頸椎的生理曲度、提高臨床療效仍需進一步研究。

本研究發(fā)現(xiàn)，目前臨床上常用的人工椎間盤的尺寸與中國人的椎體解剖數(shù)據(jù)存在較大差異。因此，應該設計更多小尺寸的人工椎間盤，特別是在椎間隙高度方面；由于頸椎終板呈現(xiàn)前后低、中間高的凸型結(jié)構(gòu)，人工椎間盤上下蓋板應該為凸面設計，以更好地增加接觸面積。對于人工椎間盤是否需要設計生理曲度，仍需實驗進一步研究。