基于影像歸檔和通信系統(tǒng)的下頸椎椎管旁螺釘相關(guān)參數(shù)三維測(cè)量及可行性研究

譚必知 馬駿雄 項(xiàng)良碧

頸椎后路固定融合術(shù)是目前廣泛用于治療頸椎病的術(shù)式之一［1-2］，而側(cè)塊螺釘及椎弓根螺釘固定為其常用的兩種內(nèi)固定方式。盡管椎弓根螺釘固定生物力學(xué)性能優(yōu)越，但操作技術(shù)要求高，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大［3-5］；側(cè)塊螺釘固定穩(wěn)定性雖稍弱，但操作簡(jiǎn)單、安全性高且并發(fā)癥少，因而臨床應(yīng)用更為普遍［3，6］。然而，臨床中發(fā)現(xiàn)側(cè)塊螺釘固定也存在局限性：①由于側(cè)塊螺釘并未垂直于骨面進(jìn)釘，存在部分無(wú)效螺紋長(zhǎng)度；②側(cè)塊螺釘是沿外上方向呈角度將其置入側(cè)塊中，術(shù)中易出現(xiàn)側(cè)塊皮質(zhì)劈裂甚至骨折，可能導(dǎo)致內(nèi)固定失效，在骨質(zhì)疏松病人中可能更容易發(fā)生［3，7］。

鑒于此，Aramomi等［8］報(bào)道了一種新的下頸椎內(nèi)固定技術(shù)——椎管旁螺釘（paravertebral foramen screw,PVFS），類似于椎弓根螺釘?shù)囊徊糠只蚨套倒葆?，可置入椎弓根入口區(qū)較硬的松質(zhì)骨內(nèi)，不破壞椎管及橫突孔，增大的螺釘直徑可以克服其因螺釘長(zhǎng)度而導(dǎo)致穩(wěn)定性的不足［9-10］，理論上是一種較為安全、可行的內(nèi)固定技術(shù)。與側(cè)塊螺釘相比，椎管旁螺釘?shù)陌殉至εc之相同［9］，因而可作為側(cè)塊螺釘?shù)囊环N補(bǔ)充方案［9，11-12］。Kim等［12］在頸椎側(cè)塊與橫突孔的解剖學(xué)測(cè)量研究中發(fā)現(xiàn)，透視下當(dāng)椎管旁螺釘置入長(zhǎng)度達(dá)到C3～6椎體后壁或越后壁1～2 mm 是安全的，并認(rèn)為其測(cè)量數(shù)據(jù)可為椎管旁螺釘臨床安全置釘提供指導(dǎo)。

盡管椎管旁螺釘近年來(lái)得到較多的關(guān)注和研究，但目前仍停留在初步研究階段，有關(guān)其大樣本影像學(xué)研究罕見(jiàn)報(bào)道。本研究擬通過(guò)比較影像學(xué)三維測(cè)量下頸椎椎管旁螺釘與側(cè)塊螺釘?shù)南嚓P(guān)參數(shù)，探討椎管旁螺釘臨床應(yīng)用的可行性。

資料與方法

一、納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

按入院時(shí)間先后順序選取2016年12月至2017年12月于我院行頸椎手術(shù)治療的病人100例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①明確頸椎外傷史；②明確頸椎退變；③術(shù)前行三維CT檢查；④病人基本信息完整。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①腫瘤及炎癥；②頸椎椎體及關(guān)節(jié)突骨折；③頸椎椎弓根骨折或破壞無(wú)法進(jìn)行測(cè)量；④術(shù)前頸椎三維數(shù)據(jù)丟失或不全；⑤脊柱側(cè)彎畸形。

二、測(cè)量?jī)?nèi)容及方法

統(tǒng)計(jì)病人性別、年齡、身高、體重及診斷等基本信息，并將術(shù)前頸椎三維CT數(shù)據(jù)傳至影像歸檔和通信系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。本次數(shù)據(jù)測(cè)量為左右雙側(cè)分別測(cè)量3次，取平均值。

（一）調(diào)節(jié)影像歸檔和通信系統(tǒng)主操作窗口

在PACS上對(duì)每例病人下頸椎側(cè)塊螺釘和椎管旁螺釘置釘軌跡進(jìn)行三維測(cè)量，長(zhǎng)度精確到0.01 mm?？紤]到C7有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，其側(cè)塊最薄，為非典型頸椎，故本研究限于測(cè)量C3～6。

（二）椎管旁螺釘進(jìn)釘點(diǎn)及進(jìn)釘軌跡

參考文獻(xiàn)報(bào)道［8-9］確定椎管旁螺釘進(jìn)釘點(diǎn)及進(jìn)釘軌跡。將子窗口a、c、d中的綠線、紅線、紫線分別標(biāo)記為X、Y、Z 軸（見(jiàn)圖1）。通過(guò)調(diào)節(jié)子窗口Y 軸，使之平行于目標(biāo)椎體上終板。接著通過(guò)調(diào)節(jié)a窗口中X 軸，使其平行于目標(biāo)椎體雙側(cè)上關(guān)節(jié)突連線所在平面。然后在d 窗口中平移Y 軸，使其正中橫切于椎弓根則可得椎弓根正中橫切面圖（見(jiàn)圖2 a）。如圖2 b所示，在椎弓根橫切面橫徑中點(diǎn)作其延長(zhǎng)線與側(cè)塊關(guān)節(jié)骨皮質(zhì)相交于O 點(diǎn)，此點(diǎn)可為椎管旁螺釘進(jìn)釘點(diǎn)。

外科醫(yī)生臨床經(jīng)驗(yàn)表明，頸椎椎弓根螺釘徒手置釘時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定程度的置釘方向偏差。因而本研究根據(jù)內(nèi)外傾角度誤差規(guī)定（-10°～10°）和（-15°～15°）兩種置釘方向誤差，在該兩種角度誤差范圍內(nèi)測(cè)量椎管旁螺釘安全釘?shù)篱L(zhǎng)度（見(jiàn)圖2 c）。

（三）側(cè)塊螺釘進(jìn)釘點(diǎn)及進(jìn)釘軌跡

據(jù)參考文獻(xiàn)報(bào)道［13-14］，可取側(cè)塊中心點(diǎn)為進(jìn)釘點(diǎn)，而既往解剖學(xué)研究表明頸椎橫突與側(cè)塊相交處后下緣有一凹陷點(diǎn)可作為出釘點(diǎn)，此即為側(cè)塊螺釘置釘軌跡（見(jiàn)圖3）。而兩者之間的距離即為側(cè)塊螺釘?shù)臏y(cè)量釘?shù)篱L(zhǎng)度。如圖4所示，P、A兩點(diǎn)分別為進(jìn)釘點(diǎn)和出釘點(diǎn)，而P′A為進(jìn)釘軌跡在該平面的投影。

圖1 PACS操作主窗口示意圖

圖2 下頸椎椎管旁螺釘安全釘?shù)篱L(zhǎng)度測(cè)量示意圖 a：下頸椎過(guò)椎弓根正中橫切面圖；b：椎管旁螺釘進(jìn)釘點(diǎn)橫切面圖，過(guò)椎弓根橫徑中點(diǎn)作椎弓根延長(zhǎng)線交于側(cè)塊皮質(zhì)骨，標(biāo)記為O，交點(diǎn)O 即為椎管旁螺釘進(jìn)釘點(diǎn)；c：椎管旁螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度測(cè)量比較示意圖，分別在（-10°～10°）和（-15°～15°）兩種進(jìn)釘誤差范圍內(nèi)測(cè)量其最短釘?shù)篱L(zhǎng)度，即安全釘?shù)篱L(zhǎng)度

通過(guò)調(diào)節(jié)影像歸檔和通信系統(tǒng)對(duì)側(cè)塊螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度進(jìn)行三維影像學(xué)測(cè)量。調(diào)節(jié)a窗口中X軸使之平行于目標(biāo)椎體上關(guān)節(jié)突連線所在冠狀面，然后在d窗口中平移Y軸（見(jiàn)圖1）。待a窗口獲得椎弓根正中橫切面圖后，調(diào)節(jié)a窗口中Z軸使之平行于側(cè)塊上關(guān)節(jié)面，然后緩慢左右移動(dòng)Z軸，使之與P′A（見(jiàn)圖4 a）重合。選定d窗口中側(cè)塊中點(diǎn)P至A連線PA即可顯示側(cè)塊螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度測(cè)量值（見(jiàn)圖4 b）。

（四）側(cè)塊螺釘有效釘?shù)篱L(zhǎng)度

鑒于側(cè)塊螺釘呈角度置入側(cè)塊骨皮質(zhì)表面，因而螺釘無(wú)法完全置入側(cè)塊骨質(zhì)內(nèi)，仍有部分螺紋處于骨質(zhì)外，故而側(cè)塊螺釘長(zhǎng)度存在一個(gè)有效螺釘長(zhǎng)度。如果螺釘與骨面成45°置入側(cè)塊，則側(cè)塊螺釘置入后的實(shí)際有效長(zhǎng)度應(yīng)減去釘尾部未置入骨質(zhì)內(nèi)的部分無(wú)效螺紋長(zhǎng)度。通過(guò)幾何分析計(jì)算，則直徑3.5 mm 側(cè)塊螺釘有效釘?shù)篱L(zhǎng)度應(yīng)等于實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度減去1.75 mm（見(jiàn)圖5）。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

圖3 下頸椎側(cè)塊螺釘三維軌跡示意圖

圖4 下頸椎側(cè)塊螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度測(cè)量示意圖 a：P′點(diǎn)為側(cè)塊中心在椎弓根橫切面投影點(diǎn)，側(cè)塊關(guān)節(jié)突凹陷處與橫突交點(diǎn)為出釘點(diǎn)A，P′A連線即為側(cè)塊螺釘?shù)倪M(jìn)釘軌跡在椎弓根橫切面的投影；b：通過(guò)調(diào)節(jié)圖1子窗口a中X軸及子窗口d中Y軸，則可得椎弓根正中橫切面，調(diào)節(jié)子窗口a中Z軸使之與側(cè)塊上關(guān)節(jié)面平行，使之與進(jìn)釘軌跡在椎弓根正中橫切面的投影P′A重合，此時(shí)d窗口中連線PA測(cè)量距離即側(cè)塊螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度

采用SPSS statistics 24.0統(tǒng)計(jì)軟件（IBM公司，美國(guó)）對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理分析，符合正態(tài)分布和方差齊性的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）來(lái)表示，數(shù)據(jù)間的差異用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)進(jìn)行比較，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

本研究共納入100 例，頸椎外傷47 例，頸椎退變53 例，男72 例，女28 例，平均年齡為55 歲（23～75歲），平均身高為168.65 cm（150～189 cm），平均體重為69 kg（41～100 kg），平均身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index,BMI）為24.2 kg/m2（17.6～34.0 kg/m2）。

基于影像歸檔和通信系統(tǒng)測(cè)得成人下頸椎椎管旁螺釘在10°、15°誤差范圍內(nèi)的安全釘?shù)篱L(zhǎng)度分別為（12.54±1.16）mm、（11.76±1.11）mm、而側(cè)塊螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度和其有效釘?shù)篱L(zhǎng)度分別為（14.58±1.20）mm、（12.83±1.21）mm。對(duì)于C3～C6椎體，椎管旁螺釘10°、15°誤差范圍內(nèi)的釘?shù)篱L(zhǎng)度與側(cè)塊螺釘?shù)尼數(shù)篱L(zhǎng)度相比，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P 均＜0.05），但是與側(cè)塊螺釘?shù)挠行п數(shù)篱L(zhǎng)度是接近的（表1）。

圖5 側(cè)塊螺釘有效釘?shù)篱L(zhǎng)度測(cè)量示意圖，圖中所示A為側(cè)塊螺釘直徑3.5 mm，a為螺釘進(jìn)釘角度45°，B為螺釘無(wú)效長(zhǎng)度，經(jīng)幾何計(jì)算可得為1.75 mm，C為螺釘測(cè)量長(zhǎng)度，D為實(shí)際有效釘?shù)篱L(zhǎng)度，D=C-B

討 論

側(cè)塊螺釘技術(shù)是臨床常用的頸椎內(nèi)固定技術(shù)之一，具有置釘簡(jiǎn)單、安全及血管神經(jīng)損傷風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)，可有效提高病人的功能預(yù)后［15-17］。但對(duì)于骨質(zhì)疏松的病人，其固定強(qiáng)度稍弱，且由于置釘時(shí)呈角度進(jìn)釘容易造成側(cè)塊皮質(zhì)骨劈裂，可能會(huì)導(dǎo)致置釘失敗，進(jìn)而造成嚴(yán)重的相關(guān)并發(fā)癥［3，18-19］。

椎管旁螺釘固定為近年來(lái)新研發(fā)的內(nèi)固定方式，該螺釘直徑較粗大且長(zhǎng)度短，其置釘軌跡可與椎弓根螺釘大致相同，理論上是一種不錯(cuò)的內(nèi)固定選擇。椎管旁螺釘可取關(guān)節(jié)突外側(cè)中點(diǎn)為進(jìn)釘點(diǎn)，沿著椎弓根螺釘置釘方向?qū)⑵渲萌胱倒肟趨^(qū)域處，而在冠狀面上和矢狀面上分別沿著椎弓根方向及椎體上終板平行方向?qū)⒙葆斨萌?。此外，椎管旁螺釘進(jìn)釘點(diǎn)的可變性更利于原始固定失敗后的補(bǔ)救。一般而言，單皮質(zhì)螺釘固定強(qiáng)度弱于雙皮質(zhì)螺釘固定，但Muffoletto等［20］研究發(fā)現(xiàn)足夠長(zhǎng)度的單皮質(zhì)螺釘固定可達(dá)到與雙皮質(zhì)螺釘固定同樣的穩(wěn)定性，而Montesano等［21］研究發(fā)現(xiàn)側(cè)塊螺釘固定強(qiáng)度的關(guān)鍵在于其有效螺釘長(zhǎng)度。本研究測(cè)得椎管旁螺釘長(zhǎng)度與側(cè)塊螺釘?shù)挠行чL(zhǎng)度接近，Maki 等［9］的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)得椎管旁螺釘固定的初始生物力學(xué)強(qiáng)度強(qiáng)于側(cè)塊螺釘固定，而作為側(cè)塊螺釘置釘失敗后的備選方案時(shí)仍可等同側(cè)塊螺釘初始固定強(qiáng)度。故而作者認(rèn)為長(zhǎng)度適宜且直徑粗大的椎管旁螺釘單皮質(zhì)螺釘固定能夠達(dá)到雙皮質(zhì)螺釘固定的生物力學(xué)強(qiáng)度，是有足夠的生物力學(xué)穩(wěn)定性的。此外，椎管旁螺釘置釘軌跡可等同椎弓根螺釘，且長(zhǎng)度有限，操作空間相對(duì)較大，因而該方法是合理的。而鑒于其螺釘短粗，難以損傷血管神經(jīng)，因此理論上更為安全［8-9］。

頸椎椎弓根內(nèi)毗鄰脊髓、硬膜囊，外相接于橫突孔，橫突孔中走行的是椎動(dòng)脈，其上下切跡圍成椎間孔，而脊神經(jīng)根從其上下跨越［22-24］。故頸椎椎弓根螺釘置釘操作中都可能會(huì)損傷到頸神經(jīng)根、椎動(dòng)脈以及硬膜囊，因而手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高、并發(fā)癥多［22，25］。但椎管旁螺釘沒(méi)有完全置入頸椎椎弓根內(nèi)，而是進(jìn)入椎弓根入口區(qū)域，其毗鄰椎板前壁、橫突孔后壁、上下關(guān)節(jié)突前壁，其主要風(fēng)險(xiǎn)是螺釘誤置損傷到椎動(dòng)脈及脊髓硬膜。但作者認(rèn)為若椎管旁螺釘長(zhǎng)度短，就不足以突破椎板前壁及橫突孔后壁皮質(zhì)，而螺釘也不會(huì)誤入椎管或者橫突孔，不會(huì)損傷椎動(dòng)脈及脊髓硬膜，因此從解剖學(xué)上來(lái)看是安全的。盡管如此，目前尚未明確椎管旁螺釘長(zhǎng)度的最大安全值，因而椎管旁螺釘長(zhǎng)度的測(cè)量對(duì)其臨床應(yīng)用有著重要的指導(dǎo)意義。

表1 C3～C6下頸椎椎管旁螺釘與側(cè)塊螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度比較（±s，mm）

表1 C3～C6下頸椎椎管旁螺釘與側(cè)塊螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度比較（±s，mm）

注：與側(cè)塊螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度比較，#P＜0.05

指標(biāo)側(cè)塊螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度側(cè)塊螺釘有效釘?shù)篱L(zhǎng)度椎管旁螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度（-10°～10°）椎管旁螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度（-15°～15°）C3 C4 C5 C6 14.73±1.12 12.97±1.13 12.87±1.12#11.63±1.10#14.59±1.20 12.84±1.21 12.50±1.00#11.32±1.01#14.35±1.15 12.60±1.15 12.85±1.16#11.99±1.03#14.67±1.29 12.92±1.29 12.67±1.22#12.08±1.13#

影像歸檔和通信系統(tǒng)是目前臨床上常用的醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)，其能將不同影像設(shè)備產(chǎn)生的醫(yī)學(xué)影像信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、傳輸以及重現(xiàn)，方便臨床醫(yī)生實(shí)時(shí)調(diào)閱影像資料以助于進(jìn)行精準(zhǔn)的影像診斷［26］。其操作主界面由軸位、矢狀位、冠狀位以及三維重建圖像等子窗口組成（見(jiàn)圖1），通過(guò)移動(dòng)窗口中的標(biāo)記線，即可在相應(yīng)窗口中顯示特定的位置圖像，然后選定要測(cè)量的進(jìn)釘釘?shù)兰纯娠@示測(cè)量值。整個(gè)操作簡(jiǎn)便，測(cè)量值比較準(zhǔn)確可靠。

本研究應(yīng)用影像歸檔和通信系統(tǒng)進(jìn)行三維測(cè)量測(cè)得椎管旁螺釘?shù)陌踩數(shù)篱L(zhǎng)度明顯短于側(cè)塊螺釘釘?shù)篱L(zhǎng)度，但卻與側(cè)塊螺釘?shù)挠行п數(shù)篱L(zhǎng)度相接近，故從影像學(xué)研究角度而言，其穩(wěn)定性應(yīng)與側(cè)塊螺釘相接近，具有臨床應(yīng)用的可行性。既往文獻(xiàn)報(bào)道Roy-Camille 側(cè)塊螺釘鋼板中螺釘?shù)拈L(zhǎng)度為11～16 mm，然而實(shí)際有效長(zhǎng)度卻為6～11 mm［27］，但其同樣能良好地恢復(fù)頸椎穩(wěn)定性。而本研究中椎管旁螺釘測(cè)量長(zhǎng)度與報(bào)道的側(cè)塊螺釘有效長(zhǎng)度基本吻合，故而筆者認(rèn)為其能獲得較好的固定效果。應(yīng)用PACS系統(tǒng)進(jìn)行三維測(cè)量，辨析度高，可操作性強(qiáng)，結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確可靠，可以更直觀地為臨床醫(yī)生在術(shù)中提供參考。本研究中椎管旁螺釘進(jìn)釘范圍是根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)所設(shè)定，但螺釘?shù)闹裹c(diǎn)位置可直接影響其螺釘長(zhǎng)度，故其抗拔出力也是存在差異的。本研究主要測(cè)量?jī)蓚€(gè)誤差范圍內(nèi)椎管旁螺釘?shù)陌踩L(zhǎng)度即最短釘?shù)篱L(zhǎng)度，為其以后進(jìn)一步臨床置釘提供指導(dǎo)。關(guān)于不同止點(diǎn)的螺釘抗拔出強(qiáng)度的具體差異有待于國(guó)內(nèi)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步測(cè)定。此外，Kim 等［28］在解剖研究中發(fā)現(xiàn)頸椎椎管后側(cè)壁和椎弓根內(nèi)側(cè)壁皮質(zhì)骨均較橫突孔壁和椎弓根小梁區(qū)更強(qiáng)，這可能意味著螺釘誤入椎管的風(fēng)險(xiǎn)要小于其誤入橫突孔的風(fēng)險(xiǎn)，其可影響螺釘?shù)能壽E。這同樣也給椎管旁螺釘臨床應(yīng)用提供了解剖學(xué)參考。

本研究局限之處主要包括以下幾點(diǎn)：①本研究對(duì)象均來(lái)自東北地區(qū)，多中心、多區(qū)域的大樣本研究更具有可靠性；②本研究測(cè)量過(guò)程中測(cè)量方法、測(cè)量路徑等均由測(cè)量者主觀判斷，主觀性較大，易受到測(cè)量及個(gè)體差異等因素影響，可能存在一定誤差；③本研究對(duì)象均為外傷或退變病人，皆需手術(shù)治療，不能排除退變?cè)錾纫蛩貙?duì)測(cè)量的影響；④本研究為影像學(xué)測(cè)量分析研究，未有進(jìn)一步的生物力學(xué)測(cè)定研究，其實(shí)際臨床指導(dǎo)價(jià)值尚待于進(jìn)一步證實(shí)。

本研究結(jié)果表明下頸椎椎管旁螺釘具有等同于側(cè)塊螺釘有效長(zhǎng)度的安全固定長(zhǎng)度，并且其技術(shù)理念正確，固定方式合理。從影像學(xué)角度來(lái)看，椎管旁螺釘是一種可行的內(nèi)固定技術(shù)。其可成為側(cè)塊螺釘之外的另一種選擇，但其臨床應(yīng)用有待進(jìn)一步相關(guān)臨床研究。