三維CT在兒童脊柱側彎畸形手術矯正中的應用

米 爽，李 明，劉傳康，羅 聰，曹豫江，瞿向陽，周 進，曹光彪

（重慶醫科大學附屬兒童醫院骨科 400014）

兒童脊柱畸形臨床并不少見，對于嚴重的兒童脊柱側彎畸形（以先天性脊柱側彎、特發性脊柱側彎最為常見）治療常采取手術矯正。由于脊柱矯形手術難度高、手術操作復雜、風險大，因此，如何提高外科手術治療兒童脊柱畸形的療效，減少并發癥的發生，是臨床脊柱外科最為關心和重視的問題。本文對55例兒童脊柱側彎畸形采用俯臥位64排CT掃描，并在傳統方法的基礎上對椎弓根置釘參數測量進行了調整，探討其臨床作用價值，現報道如下。

1 資料與方法

1.1一般資料 選擇本院2008年6月至2011年6月行手術矯正的兒童脊柱側彎畸形患兒55例（其中特發性脊柱側彎42例，先天性脊柱側彎畸形13例）。男21例，女34例；年齡4.2～17.4歲，平均12.8歲。術前冠狀位CT測量主彎Cobb′s角43.0°～108.6°（平均62.32°）；術前仰臥側屈位X片評估，僵硬側彎12例，柔軟側彎43例。

1.2三維CT掃描 本組患兒在術前均采用64排CT掃描，并對置釘參數進行測量。術后三維CT掃描評價置釘位置及準確性，并對脊柱冠狀位主彎Cobb′s角平均矯正度數進行測量。所有病例采用美國GE公司64排Highspeed VCT掃描。為保證與術中體位一致，從而使所有椎弓根釘安置參數在術中盡量準確，所有脊柱側彎椎體均采用俯臥位進行掃描。掃描參數：電流180mA，管電壓120kV，層厚1.25mm，層間距1.0 mm，螺距比為1.375∶1.000；掃描參數完成后內插為層厚0.625mm、層間距1.0mm；手術后掃描參數：電流60mA、管電壓120kV。掃描所得的圖像為方便術中閱片，軸位圖像均已旋轉180°處理，矢狀位圖像也經過水平翻轉。

1.3椎弓根安置參數測量

1.3.1三維定位 首先需要對圖像及數據進行處理，對每一手術目標椎體重建為軸位、冠狀位、矢狀位切面重建圖以及VR三維重建圖，準確調整縱切線、橫切線及冠狀位線。由于脊柱側彎角度越大，其椎體變形、旋轉情況常常越嚴重，其測量、計算椎弓根釘參數越為困難，因此標準化的縱切線、橫切線及冠狀位線作為參考十分必要。在標準軸位及標準矢狀位上標示出所測畸形椎體椎弓根的最寬直徑，然后取椎弓根最大直徑的中心線（即椎弓根軸線），作為椎弓根螺釘的最佳路徑進針，見圖1；此線與椎板背側的骨皮質的交點即為安置椎弓根螺釘的進針點A，與椎體前緣的交點標記為O（圖2）。在標準后前位VR圖像上，確定出該椎體相鄰的上兩個椎體棘突連線MN，之后再在此椎體的上關節突的上緣作出MN的垂線KL，再對A點到MN和KL的距離（記為AB和AC）分別進行測量。術中將采用MN線和KL線作為參照，并由AB、AC對進針點A進行準確定位，見圖1。

1.3.2椎弓根釘直徑和長度的計算 對A、O兩點的距離進行測量即為最大置釘深度，幫助椎弓根螺釘長度的選擇；在標準軸位圖像上對同一椎弓根兩側的骨皮質內緣距離進行測量，此距離即椎弓根骨松質的寬度SD，見圖2。

1.3.3椎弓根釘置入角度的選擇 （1）椎弓根軸線內傾角：在標準軸位圖像上對AO同椎體軸線EF（其平行線E′F′）的夾角即為椎弓根內傾角，記為∠α，見圖3。（2）椎體旋轉角：在標準軸位圖像上對畸形椎體軸線EF和標準矢狀線XY之間的夾角∠β，見圖3。再計算∠α－∠β即可得出椎弓根釘安置時在標準軸位上的左右偏轉角度。（3）椎弓根軸線矢狀角：在標準矢狀位圖像上對AO與水平線XZ的夾角∠γ進行測量，用于引導椎弓根螺釘安置方向在標準矢狀位上的上下偏轉角度，見圖4。

圖4 椎弓根軸線矢狀角

2 結 果

55例脊柱側彎患兒手術矯正共置入椎弓根螺釘450枚（特發性脊柱側彎358枚，先天性脊柱側彎92枚），其中胸段置入292枚（T1～T6置入92枚，T7～T12置入200枚），腰段置入158枚。對椎弓根置釘測量參數進行統計學描述，見表1。典型患兒術后復查CT，見圖5，450枚椎弓根螺釘中置釘準確率達到了98.22%。置釘偏差共8枚（特發性脊柱側彎5枚，先天性脊柱側彎3枚），均發生于胸段，其中凹側6枚（4枚在手術過程中偏外刺破椎弓根皮質，有2枚偏內刺破了椎弓根皮質）；凸側2枚偏外刺破椎弓根皮質，無偏內刺破椎弓根皮質發生。無椎弓根膨脹性改變，無椎體上下壁穿破、椎間盤組織損傷，無脊髓損傷，無硬脊膜損傷、持續性腦脊液漏出等表現。術后X線片復查，術后冠狀位脊柱側彎主彎Cobb′s角平均為16.5°（2.0°～60.7°），平 均 矯 正 率 為 88.4% （54.6% ～98.7%）。術后有6例患兒出現了輕微神經根刺激癥狀，術后積極治療，出院時神經根刺激癥狀均消失。

圖5 典型患兒術后CT圖像

表1 椎弓根置釘參數測量表（s）

表1 椎弓根置釘參數測量表（s）

椎骨節段 旋轉角（°）凹側SD（mm）AO（mm）內傾角（°）矢狀角（°）凸側/17.1±3.2 T7～T12 17.3±5.3 5.7±1.0/5.2±0.6 38.6±2.1/41.9±3.1 13.8±3.2/15.8±4.1 8.9±1.5/9.2±1.8 L1～L5 9.5±2.7 7.4±1.3/7.1±1.2 46.6±2.9/46.7±3.3 16.6±5.5/18.2±5.3 9.2±2.3/T1～T6 11.3±2.8 5.1±1.1/4.6±0.7 33.6±3.2/34.9±3.7 15.2±5.4/19.2±4.7 17.6±3.6/9.5±2.7

3 討 論

3.1兒童脊柱側彎畸形矯正術前三維CT檢測的意義 隨著醫學影像技術的發展，對脊柱側彎的患兒采用仰臥位三維CT掃描以及掃描后的傳統椎弓根置釘參數測量，已經逐漸成為本類疾病在術前評估及術中指導臨床脊柱外科醫生手術準確安放椎弓根螺釘最為常用的方法［1－2］，但仍有因為術中置釘偏差導致脊髓、神經根損傷等嚴重并發癥發生的報道［1－6］。本組患兒通過采用俯臥位三維CT掃描，并根據臨床需要對傳統椎弓根置釘參數的測量進行了進一步的調整，使置釘準確率有進一步的提高，達到了98.22%，提高了手術安置椎弓根螺釘的安全性，對于手術并發癥的減少也有很重要的意義。

3.2兒童脊柱畸形矯正術前三維CT檢測方法及其優點 本組患兒中為保證與術中體位的一致、滿足手術對椎弓根置釘參數的需求而對術前進行三維CT掃描的方法及參數測量的內容進行了調整，采用俯臥位進行掃描，并對椎弓根置釘參數進行了調整，將椎弓根寬度測量改為椎弓根松質骨寬度的測量，加測了椎弓根軸線矢狀角，并在三維CT圖像上選取置釘點，使之更有利于患兒脊柱側彎的分型及臨床治療方案的選擇，為臨床制訂個性化的手術方案提供依據。采用該方法對本組患兒進行術前評估，置釘準確率為98.22%，比傳統測量方法稍高。而且，相對于椎體旋轉角及椎弓根軸線內傾角協助確定標準軸位層面置釘角度的偏轉，同時矢狀角限定了螺釘在矢狀位層面的偏轉，達到了置釘角度的三維定位，置入后的螺釘受力更均衡，更易通過其優秀的把持力椎弓根螺釘固定系統的三維矯形作用得到發揮。因此，考慮了矢狀位進針角度安全性問題的改良置釘參數測量方法置釘相對更為準確、有效、牢固，術后并發癥相對更少。此外，椎弓根松質骨寬度測量指導螺釘直徑的選擇更精確，降低了因置釘后椎弓根發生膨脹性改變帶來的風險［1，4－9］。且患者俯臥位進行三維CT掃描能夠與手術中的體位盡可能地保持一致，在俯臥位三維CT掃描所得的圖像上測量得出的椎體結構形態參數與術中畸形椎體的實際情況相吻合，有利于制訂符合患兒自身解剖情況的個體化手術方案，降低了因體位不同、身體著力點不同而使椎體的形態位置發生改變的可能性，不容易出現誤算，手術置釘的精確性更高［10－12］，而且利用此種三維測量方法可更有效地避免螺釘置入時的損傷。這種對椎體的旋轉角度等實際參數的準確估算，對避免術中置釘角度的選擇以及螺釘置入偏差引起的損傷顯得尤為重要。

3.3三維CT檢測在手術矯正兒童脊柱畸形中的應用價值目前導航技術是應用于椎弓根置釘矯正脊椎側彎手術中最為先進的影像學技術，其準確率甚至高達100%［13－18］，盡管如此，導航技術仍然存在著一些缺點。（1）采用導航技術在術中對患兒的輻射損傷大大增加，此種損傷對兒童這一特殊年齡群體可能發生的影響較成人更大；（2）增大了手術醫生的輻射劑量，增加了其職業暴露的風險；（3）單獨的導航技術無法用于術前對患兒側彎情況的準確評估，也就無法篩選具有置釘風險的椎弓根；（4）由于導航設備使用專一、價格昂貴，其推廣也因此受到了一定的限制。相較之下，目前兒童脊柱側彎的三維CT掃描測量已廣泛用于臨床，但現階段臨床上仍然是以仰臥位三維CT掃描及對掃描后得出的圖像進行傳統椎弓根置釘參數測量最為常用。本組患兒采用的俯臥位三維CT掃描及經過改進的椎弓根螺釘安置參數的測量方法在傳統方法的基礎上更為全面、準確地測量了椎體、椎弓根的各項參數值，有利于個體化置釘方案的制訂，而且由于其掃描體位更符合患兒在術中的體位，將體位因素引起的影響降至最低。

綜上所述，采用三維CT俯臥位掃描技術與術中體位保持一致，而調整后的椎弓根螺釘參數的測量，有利于臨床醫生在脊柱側彎矯形術前更為充分地評估、制訂個體化置釘方案，有利于術中更為準確地定位和置釘，有利于減少人為的誤差，防止和減少并發癥的發生，具有較好的臨床參考及實用價值。

［1］Yalniz E，Ciftdemir M，Eskin D，et al.The safety of pedicle screw fixation in the thoracic spine［J］.Acta Orthop Traumatol Turc，2009，43（6）：522－527.

［2］Lam GC，Hill DL，Le LH，et al.Vertebral rotation measurement：a summary and comparison of common radiographic and CT methods.［J］.Scoliosis，2008（3）：16.

［3］胡勇，徐榮明，謝輝，等.胸椎椎弓根螺釘置入治療胸椎骨折的準確性和安全性評價［J］.中華外科雜志，2006，24（6）：1663－1666.

［4］Upendra B，Meena D，Kandwal P，et al.Pedicle morphometry in patients with adolescent idiopathic scoliosis［J］.Indian J Orthop，2010，44（2）：169－176.

［5］張文通，馬若凡，葉偉，等.CT三維重建在特發性脊柱側彎椎弓根個體化置釘中的作用研究［J］.中國臨床解剖學雜志，2010，26（6）：680－683，686.

［6］Kim YJ，Lenke LG，Bridwell KH，et al.Free hand pedicle screw placement in the thoracic spine：is it safe［J］.Spine，2004，29（3）：333－342.

［7］Kim YW，Lenke LG，Kim YJ，et al.Free－hand pedicle screw placement during revision spinal surgery：analysis of 552screws.［J］.Spine（Phila Pa 1976），2008，33（10）：1141－1148.

［8］Modi H，Suh SW，Song HR，et al.Accuracy of thoracic pedicle screw placement in scoliosis using the ideal pedicle entry point during the freehand technique［J］.Int Orthop，2009，33（2）：469－475.

［9］Wan SY，Lei W，Wu ZX，et al.Micro－CT evaluation and histological analysis of screw－bone interface of expansive pedicle screw in osteoporotic sheep［J］.Chin J Traumatol，2008，11（2）：72－77.

［10］Jamieson D，Perdios A，Varghese R，et al.The use of CT in the development and implementation of a preoperative protocol to aid in pedicle screw placement during scoliosis surgery［J］.Pediatr Radiol，2008，38（4）：452－456.

［11］Abul－Kasim K，Karlsson MK，Hasserius R，et al.Measurement of vertebral rotation in adolescent idiopathic scoliosis with low－dose CT in prone position －method description and reliability analysis［J］.Scoliosis，2010（5）：4.

［12］Scutt ND，Dangerfield PH，Dorgan JC.The relationship between surface and radiological deformity in adolescent idiopathic scoliosis：effect of change in body position.［J］.Eur Spine J，1996，5（2）：85－90.

［13］Fuster S，Vega A，Barrios G，et al.Accuracy of pedicle screw insertion in the thoracolumbar spine using imageguided navigation［J］.Neurocirugia，2010，21（4）：306－311.

［14］Merloz P，Troccaz J，Vouaillat H，et al.Fluoroscopy－based navigation system in spine surgery［J］.Proc Inst Mech Eng H，2007，221（7）：813－820.

［15］Zausinger S，Scheder B，Uhl E，et al.Intraoperative computed tomography with integrated navigation system in spinal stabilizations［J］.Spine，2009，34（26）：2919－2926.

［16］Jaiswal A，Shetty AP，Rajasekaran S.Role of intraoperative Iso－C based navigation in challenging spine trauma［J］.Indian J Orthop，2007，41（4）：312－317.

［17］Scheufler KM，Franke J，Eckardt A，et al.Accuracy of image－guided pedicle screw placement using intraoperative computed tomography based navigation with automated referencing.PartⅡ：thoracolumbar spine［J］.Neurosurgery，2011，69（6）：1307－1316.

［18］章凱，王智運，尹慶水，等.骨科手術導航系統引導腰椎椎弓根螺釘植入的效果［J］.第三軍醫大學學報，2005，27（5）：443－444.