腰椎椎弓根形態學研究及相關因素分析

戚力升，李森，謝明忠，李東東，王 清

（西南醫科大學：1附屬中醫醫院脊柱科；2附屬醫院脊柱外科，四川瀘州 646000）

社會人口老齡化日益增長，生活工作方式越來越快節奏、高強度，腰椎退變性疾病已然成為脊柱外科最常見的疾病之一[1]。腰椎退變繼發脊柱矢狀面的失衡，引起退變性腰椎滑脫、腰椎管狹窄、腰椎不穩等疾病的發生，壓迫脊髓、神經引起嚴重的腰腿疼痛。對保守治療無效者,常需行手術重建脊柱矢狀面平衡、恢復腰椎穩定性[2]。近幾十年來，經椎弓根螺釘固定技術廣泛用于腰椎退變性疾病的手術[3]。但手術中選釘不當及置釘錯誤，則可能引起脊髓神經、血管損傷及腦脊液漏等嚴重手術并發癥導致癱瘓甚至危及生命，術后還可能引起后凸畸形、螺釘拔出、內固定松動等遠期并發癥[4]。為避免術中、術后并發癥，提高腰椎椎弓根螺釘內固定手術的成功率，需要充分了解腰椎椎弓根的形態學特征。研究發現，性別、年齡、身高及體重等因素影響不同個體間椎弓根解剖參數，但不同學者、不同研究方法所得到的結論并不一致[5-8]。本研究運用64排螺旋CT三維重建技術觀察腰椎各椎弓根最狹窄處的解剖形態，測量腰椎椎弓根高度（pedicle outer height,POH）、寬度（pedicle outer width,POW）和椎弓根軸長（pedicle length,PL），同時觀察測量參數與性別、年齡、身高、體質量的相關性，為腰椎椎弓根螺釘置釘提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 研究對象

收集2018年1月至2018年6月于西南醫科大學附屬中醫院住院部CT室行腰椎64排螺旋CT掃描的中國漢族成年人納入研究。排除標準：①骨折脫位或椎弓根骨折導致后凸畸形；②脊柱側彎；③合并腰椎感染性疾病、結核、腫瘤導致椎體解剖結構異常；④自身免疫性疾病如：強直性脊柱炎、類風濕性脊柱炎、彌漫性特發性骨韌帶肥厚癥等；⑤腰椎骶化、骶椎腰化、胸椎腰化等變異。

共收集中國漢族成年人胸腰段脊椎CT數據100例，其中男性56例、女性44例，年齡20～86歲，平均年齡（50.4±16.4）歲；身高151～178 cm，平均身高（163.3±7.3）cm；BMI18.1～28.7 kg/m2，平均BMI（23.6 ± 4.4）kg/m2。

1.2 測量指標

①椎弓根高度（POH）：椎弓根最狹窄處皮質骨上下外緣的距離；②椎弓根寬度（POW）：椎弓根最狹窄處皮質骨左右外緣的距離；③椎弓根軸長（PL）：椎弓根軸線上從側塊后表面的起點到椎體前緣皮質的距離；④體質指數（body mass icdes,BMI）：以體重（kg）/身高（m2）計算。

1.3 測量方法

采用64排螺旋CT對L1～L5脊椎進行連續性掃描,利用CT三維重建技術獲得圖像（層厚0.625 mm，窗寬1 300 HU、窗位400 HU），PACS系統中調取患者資料，利用PACS系統自帶工具觀察腰椎椎弓根最狹窄處冠狀面形態，測量左右兩側椎弓根POH、POW、PL（圖1），精度為0.1 mm。

圖1 腰椎椎弓根各形態學參數測量

1.4 統計方法

運用SPSS 19.0進行數據統計分析，正態分布計量資料用表示，兩個樣本均數比較采用t檢驗，多個樣本均數比較用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD法。椎弓根形態學測量參數與性別、身高、年齡、BMI之間的相關性采用Pearson相關分析，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 腰椎椎弓根最狹窄處形態

腰椎椎弓根最窄處冠狀面形態：L1、L2多為縱橢圓形（L175%、L264%）、腎形（L124%、L234%），少數為不規則形（L11%、L22%），L3多為斜橢圓形（88%）、少數為縱橢圓形（12%），L4、L5全為斜橢圓形（100%），見圖2。

2.2 腰椎椎弓根測量參數

2.2.1 各腰椎左右兩側椎弓根測量參數比較

L1～L5左右兩側椎弓根POH、POW及PL差異無統計學意義（P＞0.05），左右兩側具有良好的對稱性解剖學結構，可將左右兩側數據合并計算。

2.2.2 腰椎POH、POW、PL比較

L1～L5POH、POW和PL的測量結果如表1所示。L1～L5POH均值為（12.7±1.7）mm，呈遞減趨勢，各腰椎POH差異有統計學意義（P＜0.05）。L1～L5POW均值為（9.3±1.6）mm，呈遞增趨勢，各腰椎POW差異亦有統計學意義（P＜0.05）；其中L1～L3POH＞POW，L4POH≈POW,L5POH＜POW。L1～L5的PL均值為（50.6±1.7）mm，各腰椎的PL差異亦有統計學意義（P＜0.05）。

2.3 相關因素分析

如表2～5所示，腰椎各節段POH、POW、PL與性別、身高相關，有統計學意義（P＜0.05）；與年齡、BMI不相關，無統計學意義（P＞0.05）。

圖2 腰椎弓根最窄處冠狀面形態

表1 L1～L5椎弓根測量參數（x ± s，n=100）

表2 L1～L5椎弓根測量參數與性別因素的相關性

表4 L1～L5椎弓根測量參數與身高因素的相關性

表5 L1～L5椎弓根測量參數與BMI的相關性

3 討論

3.1 腰椎椎弓根的形態學特點

腰椎椎弓根是一外層皮質骨內層松質骨的多形態管狀結構。其狹窄處冠狀面形態各異，有腎型、橢圓形、淚滴型，少部分不規則型，甚至有報道腰椎存在全皮質型椎弓根[9-10]。Robertson等[11]觀察到椎弓根最狹窄處的冠狀面并非垂直于橫斷面，而是向脊柱中線傾斜的橢圓形。我國學者張丙磊等[12]將L5椎弓根形態根據形狀分為L型和S型兩種。本研究發現，腰椎椎弓根最窄處冠狀面形態多種多樣，尤其是不同腰椎節段間的形態差異巨大。L1、L2多為縱橢圓形（L175%、L264%）、腎形（L124%、L234%），少數為不規則形（L11%、L22%），L3多為斜橢圓形（88%）、少數為縱橢圓形（12%），L4、L5全為斜橢圓形（100%），未發現全皮質型椎弓根。此外，L1～L5各椎弓根之間的形態學參數差異具有統計學意義（P＜0.05）；腰椎各節段POH、POW和PL的均值分別為（12.7 ± 1.7）、（9.3 ± 1.6）和（50.6± 1.7）mm，L1～ L5POH逐漸遞減，L1～L5POW、PL逐漸遞增，L1～L3POH＞POW，L4POH≈POW,L5POH＜POW，椎弓根的形態學測量參數在不同節段、不同個體間有較大差異。

3.2 腰椎形態學測量參數對螺釘直徑選擇的影響

腰椎形態學參數影響椎弓根螺釘的固定強度，選擇合適直徑的椎弓根螺釘在腰椎內固定上有重要意義[13-14]，Zdeblick等[15]研究了椎弓根寬度與拔出力量的關系，在螺釘直徑不變的情況下，椎弓根寬度越大，抗拔出強度越差。選擇直徑占椎弓根寬度（POW）80%的螺釘能最大限度地增加螺釘的抗拔出強度和抗彎強度[16]。Makino等[17]指出，臨床上大多以CT水平橫斷面上的椎弓根皮質內外緣距離來選擇螺釘直徑，但是腰椎椎弓根冠狀面形態學顯示（圖2），其冠狀面形態是橢圓形而非圓形，其橫斷面長軸與矢狀面之間有一定的夾角，此種情況在L4、L3上更為明顯。通常測量的椎弓根寬度并不是其最小值，尤其在L4、L5，椎弓根最小寬度比其水平寬度更小。如在置釘過程中按照臨床上以水平寬度選擇螺釘直徑，盡管椎弓根螺釘在標準側位片上離椎弓根下緣仍有2～3 mm距離，但此時椎弓根內下壁可能已被穿破，出行神經根可能已受到螺釘擠壓，同時椎弓根的抗拔出強度下降[18-19]。陳文杰等[20]報道，在下腰椎當POH＜POW時，置釘應以POH為參考。

從椎弓根POH和POW的變化規律上看，L1～L3POH＞POW，L4POH≈POW,L5POH＜POW，提示我們在 L1～L3上應以 POW 來選擇螺釘直徑，L4、L5以POH來選擇螺釘直徑，但不同性別、年齡、身高、體重的人群可能對椎弓根的POH、POW有不同的影響。為減小椎弓根破裂引起神經血管損傷的風險，患者術前個體化的3D-CT測量可充分了解椎弓根形態學參數，為螺釘直徑的選擇提供客觀依據。

3.3 相關因素的研究及意義

研究發現椎弓根形態學的解剖參數可能受性別、年齡、身高、體重、人種等因素的影響[5-8]。Zhuang等[6]采用Person相關分析研究性別、身高、體質指數與胸腰椎椎弓根解剖參數的相關性，結果證實椎弓根最窄處的高度、寬度以及軸長與性別、身高存在顯著的正相關性，但與體質指數無明顯相關性；Amo-noo-Kuofi等[7]的研究結果亦表明，不同年齡段部分腰椎椎弓根的高度和寬度存在明顯的統計學差異。楊曉凱[8]研究漢族和維吾爾族男性胸腰段椎弓根解剖學參數有顯著差異。腰椎椎弓根解剖參數與其相關因素的關系目前尚不完全明了，不同學者、不同研究方法得到的結論也不盡相同。本研究結果顯示，中國漢族成年人性別、身高是影響腰椎椎弓根形態學參數的重要因素，年齡、BMI與腰椎椎弓根形態學參數無顯著相關性，提示在椎弓根置釘時應考慮性別、身高的影響。

此外，本研究僅測量了部分形態學參數，測量與閱片可能存在誤差。對其它形態學參數（如椎弓根間距、椎弓根內外傾角等）相關因素的相關性還有待進一步研究。

4 結 論

中國漢族成年人胸腰段脊柱POH、POW、PL與性別、身高存在顯著相關性，但與年齡、BMI無明顯相關性；L1～L3上應以POW來選擇螺釘直徑，L4、L5以POH來選擇螺釘直徑,螺釘直徑的選擇可術前采用個體化3D-CT測量作為數據支持，對提高手術安全性具有重要臨床意義。