基于開源軟件Horos的頸椎椎動脈V2段解剖變異研究

王爽 俞磊 溫劍坤 葉曉健

椎動脈損傷是頸椎手術中少見且后果嚴重的并發癥［1，2］，以往報道中的發生率約為0.2%～1.96%［3-5］，其在退變明顯的病人中發生率更高。椎動脈損傷的發生與解剖結構變異密切相關。通常，椎動脈依解剖結構可分為4 段，其中V2 段走行最長，與各類中下頸椎手術的關系較為密切。近年來，經椎間孔注射治療神經根性頸椎病［6］、頸椎內鏡手術等微創治療方式發展迅速，更突顯出椎動脈V2 段的重要性。在這些手術中，需常規進行穿刺定位等操作，如椎動脈存在解剖變異，以往認為“安全”的穿刺路徑將不再安全，且因無法直視椎動脈等解剖結構，椎動脈損傷后難以發現和處理。因此，需要對椎動脈V2段的解剖結構進行更為細致的研究，充分認識其解剖變異情況，以避免在相關操作中損傷解剖變異的椎動脈。

血管造影、CT血管造影（CT angiography,CTA）、磁共振造影（MR angiography，MRA）等檢查可用來評估椎動脈解剖變異情況。與此同時，也需要便捷、準確的圖像分析和處理軟件對影像學資料進行處理。目前，已有應用于各類平臺的圖像軟件可供選擇，使脊柱外科醫師可以利用個人電腦對影像資料進行分析、處理。在軟件的選擇上，除軟件自身的特點和使用者的習慣以外，軟件的價格和其對硬件的要求也是重要的決定因素。理想的軟件應符合以下條件：個人可以承擔、可應用于個人電腦、運行流暢、功能完備。

本研究以個人筆記本電腦為工作站，應用開源軟件Horos 軟件對169 例病人的頭頸部CTA 資料進行了分析，在明確中國人群中椎動脈V2段解剖變異情況的同時，對外科醫師個人數字工作站的建立和應用模式進行了摸索，希望能為類似研究提供借鑒。

資料與方法

一、納入與排除標準

納入標準：①年齡為18～80歲；②頭頸部CTA資料完整、清晰；③既往無頸椎、甲狀腺等相關頸部手術史；④無嚴重退行性病變或血管疾患。

排除標準：①年齡小于18 歲或大于80 歲；②影像學資料證實合并腫瘤、外傷、嚴重退變等情況，導致對骨性結構的觀察受影響；③合并椎動脈內斑塊等血管疾患，導致對血管的觀察受影響；④影像學資料不完整或清晰度不夠。

二、一般資料

2010 年6 月至2012 年6 月，于北部戰區總醫院和平分院內連續選取因各種原因行頭頸部CTA 檢查的病人200例，對其影像學資料進行回顧性分析，根據納入和排除標準排除以下病人：年齡大于80歲者4例；頸椎嚴重退變、雙或單側椎動脈內存在多發斑塊影響觀察者9 例；資料不完整或清晰度不夠者18例，最終納入研究的病人共169例。

納入研究的169 例病人中，男119 例，女50 例，年齡為（58.95±11.80）歲（23～80 歲），因影像學資料中無體重、身高等指標，無法計算身體質量指數等指標。

三、方法

以個人筆記本電腦（MacBook Air, 13-inch, Mid 2012）作為工作平臺，其配置為：處理器1.8 GHz Intel Core i5，內存4GB 1 600 MHz DDR3，顯卡Intel HD Graphics 4000；系統為macOS Mojave 10.14.5。以開源軟件Horos V3.3.5（Horos project）作為工作軟件對病人頭頸部CTA 資料（掃描條件：120 kV，30 mA，FOV 500 mm，層厚0.9 mm，飛利浦Briliance 64 層螺旋CT）進行處理，將DICOM 圖像導入軟件，在3D Viewer選項下通過Orthogonal MPR 模式對圖像進行觀察和測量（圖1）。

四、觀察指標

對椎動脈V2段進行觀察，確定其首先穿過的頸椎橫突孔，將首先穿過的橫突孔并非C6者和椎動脈缺如者定義為椎動脈V2段走行變異（圖1、2），記錄其發生例數和側別、性別分布；將椎動脈內壁距中線距離小于1 cm 者定義為椎動脈內聚（圖3），記錄其側別、性別分布。

五、統計學分析

采用SPSS 19.0統計學軟件（IBM公司，美國）分析數據，數據的采集和處理在Excel 16.16.11（Microsoft，美國）中完成。以卡方檢驗比較左右側椎動脈走行變異發生率差異；以卡方檢驗的校正公式比較男女病人椎動脈走行變異發生率的差別以及椎動脈內聚病人左右側別差異和性別差異；當P＜0.05 時認為差異具有統計學意義。

結 果

一、椎動脈走行變異

圖1 Horos軟件Orthogonal MPR模式工作界面截圖，可同時從水平面（a）、冠狀面（b）、矢狀面（c）對圖像進行觀察，綠色細線標示觀察位置，圖中可見左側椎動脈由C4橫突孔進入，其入孔平面以下部分走行于下位頸椎橫突孔前方（a），其前方無骨性結構遮擋（b）

圖2 同一病人的雙側椎動脈均由C5橫突孔進入（a為左側、c為右側），其入孔平面以下部分走行于下位頸椎橫突孔前方（b），其前方無骨性結構遮擋

169例病人的雙側椎動脈（338側）中，共有32側椎動脈存在走行變異（32/338，9.47%），其中椎動脈缺如者4 側（左右各2 側）；椎動脈首先穿行C4橫突孔者5側，首先穿行C5橫突孔者23側，共有4例病人左右側同時存在走行變異，均為首先穿行C5橫突孔；走行變異存在于左側者為16 側，存在于右側者為16側，差異無統計學意義（P＞0.05）（表1）。119例男性病人中椎動脈走行變異者為20 例，發生率為16.81%，50例女性病人中椎動脈走行變異者為8例，發生率為16.00%，椎動脈V2 段走行變異發生率性別差異無統計學意義（χ2=0.017，P=0.898）。

圖3 左側椎動脈于C4椎體下緣處距正中線距離小于1 cm水平面（a）、冠狀面（b）、矢狀面（c）的觀察層面，圖中綠色線為起到輔助定位總用的掃描層面示意圖，圖b 為在冠狀面上顯示的測量位置及測量結果，結果顯示左側椎動脈內壁在C4椎體下部距中線距離最近，測量其距離為8.715 mm

二、椎動脈距中線距離變異

表1 椎動脈V2段走行變異側別差異比較（例）

表2 11例椎動脈內聚變異側別差異比較（例）

共11例椎動脈存在內聚，其最靠近中線處距離小于1 cm，均為單側，其中左側8例（8/169，4.73%），右側3例（3/169，1.78%），側別分布差異無統計學意義（χ2=1.503，P=0.221），詳見表2；11 例病人中男性為3 例（3/119，2.52%），女性為8 例（8/50，16.00%），椎動脈內聚變異性別分布差異有統計學意義（χ2=8.413，P=0.004）。

討 論

一、Horos軟件介紹及應用體會

能夠在個人電腦上瀏覽、測量、處理各類影像學資料一直是臨床醫師，尤其是外科醫師的愿望，制約這一設想的主要因素是原始圖像的獲取和應用軟件的來源。在原始圖像的獲取方面，雖大部分醫院有PACS等影像傳輸和處理系統，但通常不能滿足原始格式圖像的傳輸和存儲要求。以DICOM 格式圖像為例，每例病人的頭頸部CTA原始圖像資料往往達數百兆，一方面不便傳輸，另一方面也無法長期存儲。一般醫療單位的通行做法是系統自動滾動刪除超出容量的資料，僅保存處理后的、需用于打印膠片的資料，事實上造成大量原始資料的流失。在應用軟件的獲取上，盡管多年前就已經有功能優秀的圖像處理軟件，但其應用往往受限于高昂的價格或對硬件系統的較高要求。

本研究所使用的數據，由北部戰區總醫院和平分院放射線科提供，采集方式是定期將同類檢查的原始資料匯總并刻錄光盤，此方法可以確保資料的保存，但較為繁瑣，影像科相關人員要需人工參與分類、刻盤等操作，不適應大規模應用的需要。但可以預見，隨著大數據技術的不斷完善，將同一種檢查的資料自動分類、存儲并輸送至外部存儲設備甚至云存儲空間的設想一定能夠實現。

本研究主要應用Horos 軟件對圖像資料進行處理，選擇該軟件主要基于兩個原因：一是開源，軟件本身并不收費，且獲取便利；二是該軟件的運行條件為macOS，有別于以往接觸較多的Windows 操作系統下的應用軟件。本研究所涉及的圖像觀察、測量僅為該軟件的部分功能，如從水平面、冠狀面、矢狀面同時觀察，并對解剖數據進行測量，軟件自身的其他功能本研究并未涉及，還有待進一步學習和開發。

二、椎動脈V2段走行變異發生率及其與頸椎手術關系分析

Shin等［7］在460例韓國人多層螺旋CT資料的解剖學研究表明，椎動脈首先穿行C6橫突孔的病人占93.0%，穿C7橫突孔者約0.2%，C5者為4.9%，C4者為1.8%，左右側無差別；Hong等［8］基于350例病人增強CT的研究報道，94.9%的椎動脈由C6橫突孔穿行，其穿行C4、C5、C7的發生率依次為1.6%、3.3%、0.3%，左側發生變異者多于右側。本研究中，椎動脈由C6椎動脈孔穿行者占91.12%，略低于以上兩項研究，考慮差異可能主要源于研究對象的不同，并可能受到樣本量的影響，與Shin等［7］的研究類似，本研究發現的椎動脈V2段走行變異無側別和性別差異。

頸椎手術中，導致椎動脈損傷的原因包括過度切除椎體或椎間盤、術中定位標志變異、椎動脈存在解剖結構異常等［9］。椎動脈V2 段，即椎動脈孔段，一般指動脈進入C6橫突孔（椎動脈孔）至其穿出C2椎動脈孔的部分，該段椎動脈走行最長，與中、下頸椎前路或后路手術的關系最為密切［10］。例如，當椎動脈并非由C6橫突孔進入時，入孔前部分椎動脈的前方無骨性結構遮擋。在行頸椎前路手術時，如向兩側過度顯露軟組織就有可能對走行于其中的變異椎動脈造成損傷；另外，頸椎自動牽開器或術中手動牽開器的末端在牽拉軟組織時也可能損傷藏于其內的椎動脈，一方面可能在牽拉的過程中對椎動脈造成損傷，另一方面也可能因術中長時間的牽拉和壓迫導致椎動脈內血栓的形成影響椎動脈血流，并進而危及腦組織的血液供應。

近年來，脊柱微創手術迅速發展，如腰椎間孔鏡下髓核摘除椎管減壓術、頸椎后路內鏡下髓核摘除減壓術等，同時，經椎間孔診斷或治療性阻滯等操作也越來越廣泛地應用于臨床實踐。但總體上，頸椎微創手術的發展不如腰椎微創手術成熟，其中的原因之一就是頸椎術區內有較多重要結構如椎動脈等。在此基礎上，如椎動脈存在變異，就更有可能給微創手術或穿刺操作帶來風險。對椎動脈解剖結構進行深入研究，明確其發生率、變異類型，以及在不同人群中的分布情況，才能更精確地對手術進行規劃、對操作風險進行評估。另外，手術醫師在對MRI、CT 等影像學檢查的原始資料進行逐層地、有目的地詳細閱片，也有可能及時發現解剖變異的線索，術中注意在變異側更審慎地分離、顯露、牽拉軟組織，使椎動脈損傷風險降低；在穿刺操作前如發現了椎動脈變異的線索，必要時應術前完善CTA檢查評估變異情況，通過改變穿刺路徑避開變異的椎動脈，減低損傷風險。

三、椎動脈V2段內聚發生率及其與頸椎手術關系分析

椎動脈于某一節段存在迂曲變形時，動脈內壁距離中線的距離將變小，使其受損傷的風險增加。Wakao等［11］對日本人群CTA資料的研究表明，約1%病人存在椎動脈迂曲變形，其中僅一半發生在椎體平面，可在普通CT 上被發現，而另一半因并非發生在椎體平面，無法通過常規CT等檢查手段發現。本研究中發現的椎動脈內聚現象無側別差異，但存在性別差異，考慮可能與女性較男性體型瘦小有關。

相比于前面提到的椎動脈走行變異，椎動脈迂曲內聚的發生與退變［12］或類風濕等疾病的關系可能更為密切［13］，在為此類病人行頸前路手術時，以往可用來作為安全區域界定標志的解剖標志可能不再準確［14-16］，此時如再合并椎動脈內聚，將使手術風險增加。因此在為退變明顯或類風濕病人行頸部手術前，應更加小心，術前應逐層詳細閱片，如在CT、MRI 等水平面掃描片上發現椎動脈內聚的可能，應考慮行CTA 檢查以明確變異情況及各解剖結構間的關系。

另外，椎動脈的迂曲如發生在橫突孔部位，原本縱向的走行路徑發生傾斜甚至變成橫向走行，既可能占據橫突孔的大部分空間，也可能使其相對于椎間孔的走行方向變得復雜多變，此時行經椎間孔神經阻滯時穿刺到椎動脈的可能性將增加。同樣，操作前的詳細閱片有助于發現結構變異，必要時可在操作前進行檢查予以鑒別，甚至考慮借助CT引導進行操作，以確保安全［17］。

四、本研究不足之處

作為一項數字解剖學研究，本研究的目的除討論椎動脈變異的發生情況外，還著重于介紹一種開源軟件Horos 的應用。如前所述，以往制約外科醫師利用個人電腦建立數字工作站的因素包括軟件和原始資料的難以獲得。隨著技術的發展，目前各種計算機系統的平臺上都逐漸出現各種可以處理影像學資料的軟件，可方便地獲取和應用。我們注意到，與其他軟件類似，此類軟件中開源軟件的出現逐漸成為趨勢，這些軟件最大優勢在于免費，降低了使用者的門檻，而其開源的操作方式增加了軟件提供者和使用者的互動。軟件提供者通過提供技術服務獲利，而非像以往一樣僅通過提供軟件獲得收入；另一方面，使用者也可以通過提供使用需求和建議幫助程序員完善軟件，甚至可以直接參與軟件進一步開發。作為此類軟件使用者的臨床醫師，有必要及時了解類似軟件的主要功能以及其技術特點，使其能更好地為臨床醫師所用。

同時，本研究的不足之處主要為樣本量不夠充足，僅包括了169 例病人，且數據來源僅為一家醫院，其所包括的人群特征有局限性，不能代表中國人群的普遍特征。另外，僅對椎動脈首先穿行的橫突孔和椎動脈內聚兩種解剖變異進行了分析，并未對其他變異情況如椎動脈優勢進行分析；僅對血管結構的變異進行了研究，未結合橫突孔等骨性結構的情況進行綜合分析；最后，僅應用了Horos軟件的部分功能，對其更廣泛的應用未充分利用。本研究僅是Horos 軟件應用的初步嘗試，以上不足希望在進一步研究中通過使用者和軟件的磨合、研究的深入不斷完善。