下頸椎前路椎弓根皮質(zhì)骨螺釘?shù)慕馄蕦W(xué)研究

彭鵬，黃剛，朱美松，李鑒軼

1.南方醫(yī)科大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院骨傷科，廣州 510315；2.南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科，南昌 330006；3.南方醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)實驗中心，廣州 510630；4.南方醫(yī)科大學(xué)人體解剖學(xué)教研室，廣東省醫(yī)學(xué)生物力學(xué)重點實驗室，廣州 510515

近年來，Koller[1]提出了下頸椎前路椎弓根螺釘內(nèi)固定（anterior transpedicular screw fixation，ATPS）的概念，在保留頸椎前路松解徹底優(yōu)勢的同時，又能達(dá)到后路經(jīng)椎弓根堅強(qiáng)固定的效果。然而，目前研究經(jīng)前路椎弓根螺釘技術(shù)的進(jìn)釘軌跡幾乎是選擇椎弓根中軸線[2]，此時螺釘主要咬合的是松質(zhì)骨和小部分皮質(zhì)骨，對于一些嚴(yán)重骨質(zhì)疏松患者會出現(xiàn)螺釘松動和螺釘拔出等問題[3]，從而達(dá)不到較好的生物力學(xué)固定性能。

針對骨質(zhì)疏松病人椎弓根螺釘固定術(shù)后出現(xiàn)螺釘松動等問題，Santoni等[4]提出經(jīng)皮質(zhì)骨通道(cortical bone trajectory，CBT)椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)。它改變了傳統(tǒng)椎弓根螺釘利用椎弓根中軸作為通道的方法，使螺紋接觸更多的皮質(zhì)骨。Ueno等[5]通過尸體標(biāo)本生物力學(xué)研究表明腰椎皮質(zhì)骨螺釘?shù)目拱纬隽γ黠@高于傳統(tǒng)椎弓根螺釘。Matsukawa等[6]通過臨床研究也發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)骨螺釘把持力是傳統(tǒng)釘?shù)?.7倍。皮質(zhì)骨釘?shù)赖牧己脙?nèi)固定效果使之較傳統(tǒng)釘?shù)栏m用于骨質(zhì)疏松患者，并已開展多例皮質(zhì)骨螺釘內(nèi)固定技術(shù)用于胸椎和骶椎患者的臨床研究?；诖耍覀冊O(shè)想在下頸椎前路椎弓根置釘中，改變采用傳統(tǒng)椎弓根中軸為通道方法，設(shè)計貼合椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)骨置釘軌跡，以期達(dá)到更堅強(qiáng)固定效果。因此，本研究旨在測量正常成年國人下頸椎椎體解剖學(xué)特征，探索前路椎弓根皮質(zhì)骨螺釘置入的可行性及置釘規(guī)律。

1 材料和方法

1.1 材料

隨機(jī)抽取80例成人頸椎CT 數(shù)據(jù)（南方醫(yī)科大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院影像科提供，排除骨折、畸形、腫瘤及明顯退變者），男40例，女40例，年齡19～78 歲，平均43.6 歲。

1.2 測量指標(biāo)

1.2.1 下頸椎椎體解剖學(xué)參數(shù)測量 將CT 數(shù)據(jù)導(dǎo)入MIMICS 軟件，在骨窗圖像上對C3至C75 個節(jié)段的左右兩側(cè)椎弓根高度、寬度以及內(nèi)側(cè)皮質(zhì)骨厚度解剖參數(shù)分別進(jìn)行測量，具體參數(shù)有：l/rOPW（左/右側(cè)椎弓根中段寬度）；l/rOPH（左/右側(cè)椎弓根中段高度）；l/rMCT（左/右側(cè)椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)骨厚度）,（見圖1）。

圖1 下頸椎椎體解剖學(xué)參數(shù)測量A:椎弓根寬度（OPW）,椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)骨厚度（MCT）B:椎弓根高度（OPH）Fig.1 The anatomical parameters measurement of the lower cervical pedicleA: outer pedicle width (OPW) and medial cortical shell thickness (MCT); B: outer pedicle height (OPH)

1.2.2 下頸椎前路椎弓根皮質(zhì)骨螺釘軌跡參數(shù)測量計算穿過椎弓根中心的同軸線（矢狀面、冠狀面和橫截面），設(shè)計一直徑3.5 mm 螺釘放置同軸線上。為了不改變醫(yī)生以往對于進(jìn)釘點的選擇習(xí)慣，我們將椎弓根同軸線在椎體前壁投影點設(shè)定為皮質(zhì)骨螺釘?shù)倪M(jìn)釘點。固定進(jìn)釘點后，在橫截面上移動螺釘使螺紋貼合椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)骨，矢狀面保持不變，皮質(zhì)骨螺釘通道設(shè)計完成。

測量皮質(zhì)骨螺釘通道的各項置釘參數(shù)：l/rPSL（左/右側(cè)椎弓根皮質(zhì)骨螺釘最大進(jìn)釘全長）；l/rtPA（左/右側(cè)椎弓根皮質(zhì)骨螺釘中軸線與椎體正中矢狀面之間的夾角）；l/rsPA（左/右側(cè)椎弓根皮質(zhì)骨螺釘中軸線與椎體前壁平面之間的夾角）；Dl/rsIP（左/右側(cè)椎弓根皮質(zhì)骨螺釘中軸線在椎體前壁投影與上終板平面之間的距離）；Dl/rtIP（左/右側(cè)椎弓根皮質(zhì)骨螺釘中軸線在椎體前壁投影與正中矢狀面之間的距離）。其中：當(dāng)進(jìn)釘點位于椎體正中矢狀面受術(shù)椎弓根同側(cè)時，DtIP 記為正值，反之，DtIP 記為負(fù)值。（見圖2）。

圖2 下頸椎前路椎弓根皮質(zhì)骨螺釘軌跡參數(shù)測量A: 左側(cè)椎弓根皮質(zhì)骨螺釘中軸線在椎體前壁投影與正中矢狀面之間的距離（DltIP），左側(cè)椎弓根皮質(zhì)骨螺釘中軸線與椎體正中矢狀面之間的夾角（ltPA），左側(cè)椎弓根皮質(zhì)骨螺釘最大進(jìn)釘全長（lPSL）B:左側(cè)椎弓根皮質(zhì)骨螺釘中軸線在椎體前壁投影與上終板平面之間的距離（DlsIP），左側(cè)椎弓根皮質(zhì)骨螺釘中軸線與椎體前壁平面之間的夾角（lsPA）Fig.2 The parameter measurement of the cortical bone trajectory for anterior cervical transpedicular screw fixationA: Distance between the projection of the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and the median sagittal plane (DltIP);angle between the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and the midsagittal plane (ltPA);maximum left pedicle screw length (lPSL); B: Distance between the projection of the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and upper end plate (DlsIP);angle between the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and the plane of anterior wall (lsPA)

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。所得數(shù)據(jù)用()表示。同一椎體左右兩側(cè)比較采用配對t檢驗，各指標(biāo)男性和女性比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗，不同椎體間同一指標(biāo)采用單因素方差分析（oneway ANOVA），P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 下頸椎椎體解剖學(xué)測量結(jié)果

各指標(biāo)測量數(shù)據(jù)（表1）。各節(jié)段的OPH 和OPW在性別上有顯著性差異（P＜0.05），男性均大于女性，MCT 在性別上無顯著性差異（P＞0.05）。各節(jié)段的OPH 和MCT 在左右兩側(cè)上有顯著性差異（P＜0.05），OPH 右側(cè)大于左側(cè)，MCT 左側(cè)大于右側(cè)，OPW 在左右兩側(cè)上無顯著性差異（P＞0.05）。不同節(jié)段方差分析如下OPW：C3、C4＜C5、C6＜C7；OPH：C3＜C5、C6＜C4、C7；MCT：C3、C4、C5＜C6＜C7。

表1 OPW、OPH、MCT 參數(shù)測量結(jié)果Tab.1 Measurements results of OPW,OPH and MCT(mm)

2.2 置釘參數(shù)

統(tǒng)計DtIP、DsIP、TPA、SPA、PSL 測量數(shù)據(jù)（表2、3），據(jù)此得出下頸椎前路皮質(zhì)骨螺釘置釘參數(shù)：C3、C4進(jìn)釘點位于椎體正中矢狀面椎弓根的對側(cè)1.0～3.0 mm，距椎體上終板平面1.0～3.5 mm；C5進(jìn)釘點位于椎體正中矢狀面椎弓根同側(cè)或?qū)?cè)1.0～2.0 mm，距椎體上終板平面3.0～4.0 mm；C6、C7進(jìn)釘點位于椎體正中矢狀面椎弓根的同側(cè)2.0～4.5 mm，距椎體上終板平面4.5～7.0 mm。C3～C7的總體內(nèi)傾角平均值分別是：39.13°、41.00°、40.91°、37.28°、31.84°，總體矢狀角是：90.85°、97.23°、108.97°、111.60°、104.83°。螺釘?shù)倪M(jìn)釘長度可選擇30 mm、32 mm 較為適宜。

表2 PSL、DtIP、DsIP 參數(shù)測量結(jié)果Tab.2 Measurements results of PSL,DtIP and DsIP(mm)

表3 TPA、SPA 參數(shù)測量結(jié)果Tab.3 Measurements results of TPA and SPA(°)

3 討論

3.1 成人頸椎C3～C7椎弓根解剖學(xué)特點

近年來，關(guān)于椎弓根螺釘內(nèi)固定的研究逐漸增多。頸椎是經(jīng)椎弓根內(nèi)固定難度較大的節(jié)段，主要原因是其特殊的解剖結(jié)構(gòu)以及毗鄰椎動脈、脊髓等重要結(jié)構(gòu)。因此，國內(nèi)外學(xué)者對頸椎的解剖學(xué)形態(tài)進(jìn)行了一系列研究。本研究對80例成人頸椎CT 圖像進(jìn)行了測量，共測量了800 個椎弓根參數(shù)，并與之前的研究做比較（表4）。椎弓根寬度直接決定了螺釘直徑的選擇。本實驗研究測得，椎弓根寬度從C3到C7呈逐漸增大趨勢，椎弓根平均值最小在C3，為5.30 mm，椎弓根寬度大于4.5 mm 者為747 個（93.4%）。從測量結(jié)果可以認(rèn)為：絕大部分下頸椎椎弓根置入3.5 mm直徑螺釘是安全的。在頸椎各個節(jié)段中，椎弓根高度明顯大于椎弓根寬度，測量的椎弓根高度隨節(jié)段變化規(guī)律與Panjabi等[7]測量結(jié)果相近。

表4 與既往研究所測椎弓根寬度和高度的比較Tab.4 Comparative study of outer pedicle width (OPW) and outer pedicle height (OPH) from C3 to C7（mm）

3.2 下頸椎前路椎弓根螺釘傳統(tǒng)置釘方法

自2008年Aramomi等[12]首次應(yīng)用下頸椎前路椎弓根螺釘內(nèi)固定系統(tǒng)以來，已有諸多研究報導(dǎo)了其置釘軌跡。Koller等[13]通過測量病人頸椎CT 數(shù)據(jù)，推薦進(jìn)釘軌跡在橫截面角度為50°，在導(dǎo)針確定釘?shù)乐?，?.5mm 直徑空心鉆鉆孔，最后擰入3.5 mm 直徑螺釘。隨后，Yukawa等[14]提出在C3～C6，進(jìn)釘軌跡與矢狀面呈45°夾角，在C7呈40°夾角，進(jìn)釘點距上終板約2 mm。用直徑1.4 mm 導(dǎo)針確定釘?shù)?，再使用直徑? mm，長度為30～34 mm 的空心螺釘進(jìn)行固定。Zhao等[15]將椎體在水平面和矢狀面分別分成四個區(qū)，通過對50例成人頸椎CT 圖像進(jìn)行測量，得出最佳進(jìn)釘點為：椎體水平面上，C3～C5在第2 區(qū)，C6在第2、3 區(qū)，C7絕大數(shù)在第3 區(qū)；矢狀面上，C3～C5在第1 區(qū)，C6在第1、2 區(qū)，C7絕大數(shù)在第2 區(qū)。矢狀面進(jìn)釘角度和Yukawa等[26]測量結(jié)果相似，并建議C6節(jié)段為40°。徐榮明等[11]認(rèn)為：下頸椎前路椎弓根螺釘?shù)睦硐脒M(jìn)釘點位于距上終板5 mm 左右，椎體前正中線附近。橫切面角度約為45.7°～52.1°，矢狀面角度約為93.4°～112.1°，螺釘長度約為32 mm。李瑞峰等[16]測得: C3、C4進(jìn)針點位于椎體正中矢狀面受術(shù)椎弓根的對側(cè)2～3 mm，距椎體上終板平面1～4 mm；C5進(jìn)針點位于椎體正中矢狀面受術(shù)椎弓根的同側(cè)或?qū)?cè)1～2 mm，距椎體上終板平面4～5 mm;C6、C7進(jìn)針點位于椎體正中矢狀面受術(shù)椎弓根的同側(cè)3～5 mm，距椎體上終板平面5～8 mm。椎弓根中軸外傾角平均分別為C3：48°，C4：48°，C5：40°，C6：34°，C7：31°。

3.3 理想皮質(zhì)骨螺釘置釘參數(shù)

下頸椎椎弓根螺釘內(nèi)固定關(guān)鍵在于確定進(jìn)釘參數(shù)，即進(jìn)釘點的定位、進(jìn)釘方向以及螺釘長度與直徑。為了不改變醫(yī)生以往對于進(jìn)釘點的選擇習(xí)慣，我們將傳統(tǒng)椎弓根中軸線在椎體前壁投影點設(shè)定為皮質(zhì)骨螺釘?shù)倪M(jìn)釘點。皮質(zhì)骨螺釘進(jìn)釘點由DtIP 和DsIP 共同決定。通過測量得出，C3、C4的進(jìn)釘點位于椎體正中矢狀面椎弓根的對側(cè)約1.0～3.0 mm，距椎體上終板平面約1.0～3.5 mm；C5進(jìn)釘點位于椎體矢狀面椎弓根同側(cè)或?qū)?cè)約1.0～2.0 mm，距椎體上終板平面約3.0～4.5 mm；C6、C7進(jìn)釘點位于椎體正中矢狀面椎弓根的同側(cè)約2.0～4.5 mm，距椎體上終板平面約4.5～7.0 mm。

相較于腰椎CBT 釘?shù)儡壽E在椎弓根水平面由內(nèi)向外的方向，我們設(shè)計的頸椎皮質(zhì)骨螺釘軌跡是靠近椎弓根內(nèi)側(cè)。頸椎椎弓根外側(cè)壁臨近椎動脈等重要結(jié)構(gòu)，且有文獻(xiàn)報道椎弓根置釘外側(cè)穿孔率明顯高于內(nèi)側(cè)[17]。同時，椎孔中的硬膜囊距離椎弓根內(nèi)側(cè)壁有2.4～3.1 mm 的安全距離[18]。因此，我們設(shè)計椎弓根皮質(zhì)骨螺釘是往內(nèi)側(cè)偏移。同時本研究測量椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)骨厚度為1.68～1.84 mm，讓3.5 mm 直徑螺釘?shù)穆菁y充分咬合椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)骨，能使其咬合皮質(zhì)骨寬度達(dá)到直徑的一半，從而增強(qiáng)螺釘把持效果。我們測量的皮質(zhì)骨釘?shù)榔骄鶅?nèi)傾角在C3～C7分別是：39.13°、41.00°、40.91°、37.28°、31.84°，此時釘?shù)涝跈M切面的內(nèi)傾角是最小的極限值，也可作為安全進(jìn)釘角度范圍的參考。矢狀面角度C3～C7 為：總體矢狀角是：90.85°、97.23°、108.97°、111.60°、104.83°。測量進(jìn)釘全長C3～C7節(jié)段的均值為：31.37～32.33 mm，與傳統(tǒng)中軸釘?shù)涝跀?shù)值上差別不大。

本研究應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)探討了一種新的下頸椎前路椎弓根皮質(zhì)骨螺釘內(nèi)固定技術(shù)，通過測量證實此技術(shù)是可行的,并總結(jié)出置釘規(guī)律。目前尚處于初步研究階段，還需要更多的實驗和臨床研究來進(jìn)一步驗證。