胸腰椎椎弓根解剖參數三維分析

王方永，李建軍

自從Roy-Camille等在20世紀70年代發明經椎弓根鏍釘固定以來，該外科技術已經得到廣泛應用[1]。后路椎弓根鏍釘固定由于其特有的生物力學優勢，應用指征廣泛，從外傷引起的脊柱不穩到脊柱腫瘤、感染和退變疾病均可應用[2-6]。但是由于個體間的解剖差異較大，且椎弓根臨近重要的血管神經組織，即使是由熟練的外科醫生操作，在手術中并發癥的發生率依然較高。因此在手術前對椎弓根進行測量并完善術前計劃，制定個性化的置釘方案就極為重要。

1 材料與方法

1.1 材料 選取健康成人脊柱標本6例，其中男性3例，女性3例；年齡25～50歲，平均38.67歲。脊柱標本為正常標本，排除畸形、腫瘤、炎癥、退變等病變脊柱標本。

1.2 方法 術前使用螺旋CT機(德國西門子公司)2 mm厚加密掃描，對脊柱標本進行三維重建。根據重建模型測算各解剖標志點的參數(包括坐標參數、角度參數和距離參數等)。每例選擇其中T9～L4共8個椎體，雙側16個椎弓根。本研究共涉及96個椎弓根。

1.3 測量參數 ①椎弓根寬度(pedicle width,PDW)：椎弓根峽部的直徑或寬度；②椎弓根高度(pedicle height,PDH)：椎弓根峽部上下的高度；③椎弓根橫向角(pedicle transverse angle,PTA)：水平面上椎弓根軸線與椎體矢狀線的夾角。

1.4 統計學分析 采用SPSS 13.0進行統計處理。計數資料經Kolmogorov檢驗均呈正態性分布。左右側分析使用獨立樣本t檢驗(P＜0.05為有統計學意義)。

2 結果

各線性參數和角度參數左右側無顯著性差異(P＞0.05)。見表 1。

表1 椎弓根線性參數左右側對比(n=48)

各椎弓根線性解剖參數和角度解剖參數統計表2。

表2 椎弓根參數(n=12)

本研究發現，T9～L4PDW的范圍是4.68～8.70 mm，從上到下總體表現為逐步增加的趨勢，但在T12、L1、L2水平椎弓根寬度小于上下椎體。PDH范圍是 8.19～12.76 mm，T9～L4變化不明顯，其中 T12最高。T9～L4PTA的范圍是6.26 o～13.06 o，從上到下總體表現為逐步增加的趨勢。

3 討論

3.1 椎弓根的局部解剖學特征與手術風險 椎弓根的局部解剖學特征是固定器設計的基礎，盡管目前固定器的種類很多，其設計都基于椎弓根的解剖特點和生物力學特性。了解椎弓根及其周圍的解剖關系，同樣也是手術成功的關鍵。雖然椎弓根鏍釘固定有許多優點，但也會出現并發癥。相關解剖學研究主要關注椎弓根形態學。

椎弓根是脊柱最堅強的部分，稱之為脊柱的力核中心，是一個中心包繞少量松質骨的圓柱體，這一由Roy-Camille描述的大體輪廓已逐漸被人接受。椎弓根的周圍由堅強的皮質骨構成，中心包繞少量的松質骨，放射學觀察椎弓根中心只有薄層松質骨，呈蜂窩狀，但自前向后逐漸致密，在椎弓根的后端最為致密，這種結構可以解釋椎弓根能牢固地固定鏍釘的理由。橫突、椎板、上下關節突均匯合于椎弓根，所有從脊柱后部傳至椎體的力必然通過此點；乳突和副突位于椎弓根的后方，這是腰多裂肌的起點和最長肌的止點，它們部分控制節段性旋轉、側屈、后伸的傳導應力。所以，經椎弓根插入椎體鏍釘，能控制整節椎骨，因而能達到最牢固的固定。

椎弓根是一個復雜的三維結構，且脊柱各節段的椎弓根形態學變化也比較大。不少學者對其三維結構進行細致的研究。Attar等發現，L1～L5PDW的范圍是5.9～23.8 mm，而PDH的范圍是10.4～18.2 mm[7]。另外從L1到L5PDW逐步增加，而PDH沒有明顯變化[8-10]。椎弓根距離上方神經根距離為2.9～6.2 mm，而距離下方神經根距離為0.8～2.8 mm[7]。而椎弓根內側距離硬膜囊的距離為0.9～2.1 mm。綜上因素，椎弓根鏍釘靠內和靠下時神經損傷發生幾率高。為了避免術中神經根損傷，許多醫生常常選擇外上方向為理想的鏍釘進釘位置。總體來說從L1到L5風險逐步降低。

大量研究證實，椎弓根鏍釘植入存在傷及神經根、硬膜囊、血管組織和胸膜的風險。Esses等報道兩組病例，其中一組401例病例中有1.5%發生神經根損傷，另一組617例病例中有4.7%發生神經損傷[4,11]。而Matsuzaki等研究發現神經根損傷幾率為11%[12]。在椎弓根周圍，與其關系最為密切的是神經根。椎弓根組成椎管的外側壁，同時椎弓根的上下緣形成椎間孔，椎弓根的內側2～3 mm為硬膜囊，神經根緊靠椎弓根下切跡穿出相應的椎間孔，占據椎間孔的前上1/3，胸椎椎弓根外側為肋骨頭。由于椎弓根與神經根如此緊密的關系，神經根會被來自其上方的椎弓根皮質損害，故該部位稱為鏍釘鉆入椎弓根的最大危險區。不少學者主張椎弓根鏍釘應偏上偏外鉆入。Weinstein指出[13]，腰椎附近的靜脈叢、靜脈竇不僅與椎間孔聯系緊密，而且穿出椎弓根，在行椎弓根內固定手術時，偶爾也會造成靜脈竇損傷，擰入鏍釘后導致來自脊髓靜脈的彌漫性出血。

3.2 椎弓根的形態測量 Zindrick、Marchesi等先后進行椎弓根形態測量，其中前者測量的數量達到3000個椎弓根[14]。為分析比較方便，我們把研究測量結果用表3列出。

表3 椎弓根高度和橫徑的解剖學測量值

3.2.1 PDH 本研究T9～L4節段PDH的范圍為8.19～12.76 mm，各節段數值均較文獻報道偏小，與測量方法有關。本研究從椎弓根鏍釘植入角度考慮，重點測量椎弓根內層松質骨高度，而大部分文獻測量的是上下皮質骨距離。即便如此，本研究測量的數據中PDH也大大高于PDW，故矢狀面上限制鏍釘使用的因素不大。另外，本研究中T12節段PDH最高，這與文獻報道的一致。

3.2.2 PDW 本研究發現，T9～L4節段PDW的范圍是4.68～8.70 mm，從上到下總體表現為逐步增加的趨勢，但在T12、L1、L2水平PDW小于上下椎體。文獻報道因椎弓根部狹窄，變異較大。PDW因其小于PDH，故成為決定選擇鏍釘及限制鏍釘擰入方向的重要因素，應視為經椎弓根固定的“關鍵參數”之一。

3.2.3 PTA PTA為椎弓根的縱軸與椎體矢狀軸之間形成的夾角。PSA(也即矢狀角)為椎弓根的縱軸與椎體水平面的夾角。本研究中T9～L4節段PTA的范圍是6.26o～13.06o，從上到下總體表現為逐步增加的趨勢。從文獻的數據可以看出，不同學者之間的角度測量結果差別較大。所以在進行相應節段固定時，一定要注意分析患者椎弓根角度的特點。

雖然臨床過程中需要翻修手術的椎弓根鏍釘很少，但手術過程中仍應保證盡可能準確地植入鏍釘。其中一個重要原因就是椎弓根鏍釘的拔出力[15]。椎弓根鏍釘直徑每增加1 mm，拔出力就相應增加，因此，鏍釘直徑越大，固定越牢固[16-17]。但是在固定過程中椎弓根鏍釘應與椎弓根內徑匹配，并避免損傷椎弓根外側皮質[18]。另有研究表明[19]，在胸椎部位，與垂直進釘相比，使用解剖進入點和解剖通道時，可用于椎弓根鏍釘植入的骨通道直徑更大。

綜上所述，椎弓根的解剖是復雜的，PDH、PDW、PTA只是對其復雜三維結構不同側面的描述。上述結果也只是有限標本的統計值。作者認為，鏍釘位于與椎弓根的空間三維形態完美匹配，并發揮最大的生物力學效應的位置是比較困難的，特別是對那些PDW小的椎弓根來說尤為困難。本研究中，我們首先對6具尸體脊柱標本的T9～L4節段的椎弓根解剖形態進行測量，并將數據進行分析，同時我們將固定節段椎弓根的這些重要參數測量出來，進行多平面影像重建，形成空間的三維概念，以決定合適的鏍釘選擇及進釘方向。

[1]Roy-Camille R,Saillant G,Mazel C.Internal fixation of the lumbar spine with pedicle screw plating[J].Clin Orthop Relat Res,1986,(203):7-17.

[2]Abumi K,Ito M,Kaneda K.Surgical treatment of cervical destructive spondyloarthropathy(DSA)[J].Spine,2000,25(22):2899-2905.

[3]Ebraheim NA,Jabaly G,Xu R,et al.Anatomic relations of the thoracic pedicle to the adjacent neural structures[J].Spine,1997,22(14):1553-1556;discussion 1557.

[4]Esses SI,Sachs BL,Dreyzin V.Complications associated with the technique of pedicle screw fixation.A selected survey of ABS members[J].Spine,1993,18(15):2231-2238;discussion 2238-2239.

[5]Krag MH,Weaver DL,Beynnon BD,et al.Morphometry of the thoracic and lumbar spine related to transpedicular screw placement for surgical spinal fixation[J].Spine,1988,13(1):27-32.

[6]Saillant G.Anatomical study of the vertebral pedicles.Surgical application[J].Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot,1976,62(2):151-60.

[7]Attar A,Ugur HC,Uz A,et al.Lumbar pedicle:surgical anatomic evaluation and relationships[J].Spine J,2001,10(1):10-15.

[8]Ebraheim NA,Fow J,Xu R,et al.The location of the pedicle and pars interarticularis in the axis[J].Spine,2001,26(4):E34-E37.

[9]Berry JL,Moran JM,Berg WS,et al.A morphometric study of human lumbar and selected thoracic vertebrae[J].Spine,1987,12(4):362-367.

[10]Zindrick MR,Knight GW,Sartori MJ,et al.Pedicle morphology of the immature thoracolumbar spine[J].Spine,2000,25(21):2726-2735.

[11]Louis R.Fusion of the lumbar and sacral spine by internal fixation with screw plates[J].Clin Orthop Relat Res,1986,(203):18-33.

[12]Matsuzaki H,Tokuhashi Y,Matsumoto F.Problems and solutions of pedicle screw plate fixation of lumbar spine[J].Spine,1990,15(11):1159-1165.

[13]Weinstein JN,Tosteson TD,Lurie JD.Surgical versus nonoperative treatment for lumbar spinal stenosis four-year results of the Spine Patient Outcomes Research Trial[J].Spine,2010,35(14):1329-1338.

[14]Zindrick MR,Knight GW,Sartori MJ.Pedicle morphology of the immature thoracolumbar spine[J].Spine,2000,25(21):2726-2735.

[15]Wittenberg RH,Lee KS,Shea M,et al.Effect of screw diameter,insertion technique,and bone cement augmentation of pedicular screw fixation strength[J].Clin Orthop Relat Res,1993,(296):278-287.

[16]Misenhimer GR,Peek RD,Wiltse LL,et al.Anatomic analysis of pedicle cortical and cancellous diameter as related to screw size[J].Spine,1989,14(4):367-372.

[17]Moran JM,Berg WS,Berry JL,et al.Transpedicular screw fixation[J].J Orthop Res,1989,7(1):107-114.

[18]Christodoulou AG,Apostolou T,Ploumis A,et al.Pedicle dimensions of the thoracic and lumbar vertebrae in the Greek population[J].Clin Anat,2005,18(6):404-408.

[19]Dhawan A,Klemme WR,Polly DW Jr.Thoracic pedicle screws:comparison of start points and trajectories[J].Spine,2008,33(24):2675-2681.