腰椎橫突參數(shù)測量及其與身高相關(guān)性研究

賀祖斌，黃筠洋，陸吉利，李偉劍，李偉，陸曉生，張美超

1.右江民族醫(yī)學(xué)院，廣西 百色 533000；2.百色市人民醫(yī)院，廣西 百色 533000；

3.百色市婦幼保健院，廣西 百色 533000；4.南方醫(yī)科大學(xué)解剖教研室，廣州 510515

對于脊柱畸形[1]的矯正手術(shù)，椎弓根釘棒固定術(shù)是當(dāng)前被廣泛認(rèn)可的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但由于其剛性固定能產(chǎn)生的應(yīng)力遮擋效應(yīng)，導(dǎo)致固定節(jié)段的骨質(zhì)疏松或局部應(yīng)力過大而斷釘?shù)炔蛔鉡2～5]，因而國內(nèi)外專家提出了脊柱動態(tài)內(nèi)固定的理念，即在保證脊柱固定的前提下使用動態(tài)內(nèi)固定，減輕應(yīng)力遮擋作用而增加椎體的應(yīng)力刺激。改良矯正矯正系統(tǒng)[6,7]是通過對CAB[8～10](Corhet a'Appui Bilate'ral) 系統(tǒng)進(jìn)行改良設(shè)計，以橫突鉤環(huán)抱橫突，矯形棒連接固定單元而達(dá)到類似動態(tài)固定[11～13]并減輕應(yīng)力遮擋的效果，從而彌補(bǔ)了椎弓根釘手術(shù)的不足。該系統(tǒng)生物力學(xué)實驗[14]證明在冠狀面和水平面上能達(dá)到類似椎弓根釘系統(tǒng)的固定效果，在矢狀面上有減輕應(yīng)力遮擋效應(yīng)的優(yōu)勢。橫突鉤對橫突的契合度是該系統(tǒng)固定成功的關(guān)鍵，但是由于橫突形態(tài)多樣性及其角度變化可影響橫突鉤對橫突的握持作用，從而影響固定效果?；谶@個問題，課題組對橫突進(jìn)行了深入研究，而本次實驗主要是通過研究橫突結(jié)構(gòu)參數(shù)并分析其與個體身高的相關(guān)性，為新型脊柱矯正系統(tǒng)設(shè)計提供解剖學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象

搜集60例成人腰椎CT 資料，身高在145～172 cm之間，平均身高（160.4±7.1）cm 包括男性30例,女性30例，無脊柱畸形、慢性疾病和腫瘤、結(jié)核等疾病，BMI(身體質(zhì)量指數(shù))均在18～24之間，平均BMI（21.3±1.6），年齡在21至70歲之間，平均年齡（45.3±12.6）歲。

1.2 方法

1.2.1 Mimics19.0測量精確度驗證 以CT 測試水模為參照，進(jìn)行CT 掃描后用Mimics（比利時Materialise公司的數(shù)字化三維交互式醫(yī)學(xué)影像控制系統(tǒng)）三維成像，選水模表面最寬處測量距離，并分別在CT 圖像和Mimics 三維圖像對同一位置進(jìn)行測量，比較各測量值的差異。

1.2.2 Minics 三維成像 將所收集的腰椎CT 資料（CT 掃描儀為美國GE 公司生產(chǎn)的Light Speed VCT型，掃描條件為120 kV、125 mA、層厚1 mm）用Mimics19.0進(jìn)行三維重建，通過該軟件測量腰椎橫突寬度（橫突上下緣距離）、橫突厚度(前后緣距離)、長度(橫突游離末端至根部的長度，橫突根部定義以兩側(cè)椎弓根外側(cè)緣的最短距離處作以與該椎體水平中軸線平行的切線，以橫突長軸線與該切線相交點作為橫突的根部標(biāo)志見圖1C)、水平面角度（橫突長軸與水平面夾角）、冠狀面角度（橫突長軸與冠狀面夾角圖1B 左）。因本研究目的是使橫突與新型脊柱矯正系統(tǒng)橫突鉤更好的匹配，因此寬度和厚度以橫突長度外2/3區(qū)域最寬和最厚處作為測量值（圖1B、C），因為此處與橫突鉤內(nèi)緣接觸最多，應(yīng)力最大。數(shù)據(jù)記錄：Excel 記錄數(shù)據(jù)，精確度：長度0.1 mm，角度0.1°，其中水平面角向后記為正值，向前記為負(fù)值。橫突冠狀面角向下記為正值，方向朝上記為負(fù)值。

圖1 腰椎Mimics 三維重建測量A：新型脊柱矯正系統(tǒng)有限元分析模型B、C、D：分別是橫突的冠狀面角度及寬度、長度及厚度、水平面角度橫測量示意圖E：L5橫突短粗，厚度變化坡度大F：顯示部分L1橫突短小及副突位置向上移的改變Fig.1 Mimics 3D reconstruction measurement of lumbar spineA:New spinal correction system; B,C and D:The transverse measurement diagram of transverse plane angle and width,length and thickness of transverse process and horizontal plane angle respectively; E:L5 transverse process is short and thick,and the change of thickness and gradient is large; F: Shows that part of L1 transverse process is short and the position of accessory process moves upward

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 Mimics19.0測量精確度驗證結(jié)果

實物測量值205.0 mm、CT 測量值204.0 mm、Mimics19.0測量值204.45 mm，Mimics 測量與實物測量有99.0%相似度，而CT 與Mimics 測量結(jié)果基本是一致，充分的說明Mimics 成像和CT 掃描與實物的高度相似性（見圖2）。

圖2 Mimics19.0測量精確度驗證 A：實物測量結(jié)果B：CT 圖像測量結(jié)果 C：Mimics 成像測量結(jié)果Fig.2 Verification of Mimics19.0 measurement accuracyA:Physical measurement result；B:CT image measurement result；C:Mimics imaging measurement result

2.2 測量參數(shù)與身高相關(guān)性

用SPSS22.0通過K-S 法對所有測量參數(shù)做正態(tài)性檢驗，正態(tài)性資料采用Pearson 相關(guān)分析,非正態(tài)性資料采用Spearson 相關(guān)分析，計算所得P 值及相關(guān)系數(shù)r值，對P＜0.05的各參數(shù)與身高相關(guān)性，L1～4的寬度和厚度與身高成正相關(guān)，根據(jù)其r值大小，L1、L3、L4寬度和L1厚度的r值在0.4～0.6之間呈中度相關(guān)性，L2寬度和L2、L3、L4厚度的r 值在0.6～0.8之間，呈強(qiáng)相關(guān)性，L2橫突長度、L5橫突長度和寬度的r 值在0.2～0.4之間，呈弱相關(guān)、而冠狀面角度、水平面角度與身高無明顯相關(guān)性P＞0.05（見表1）。L1形態(tài)多樣，部分橫突過于短小，而副突位置較其他椎體副突位置更高，甚至接近上關(guān)節(jié)突位置（見圖1F）。而L5椎體橫突粗大，冠狀面角方向朝上的幅度是在五個腰椎是最大的，其厚度由外向內(nèi)變化坡度大見圖1E。對橫突各測量參數(shù)分別與身高做相關(guān)性分析散點圖觀察，L1～4橫突寬度和厚度與身高的散點圖成正線性相關(guān)（見圖3）。

表1 成人腰椎橫突各參數(shù)與身高相關(guān)性數(shù)據(jù)Tab.1 Correlation between the parameters of adult lumbar transverse process and height

圖3 腰椎L1～4橫突寬度、厚度與身高的相關(guān)圖Fig.3 Correlation between width,thickness of lumbar L1-L4 transverse process and height

3 討論

關(guān)于橫突形態(tài)學(xué)[15]的研究，李兵等通過CT 掃描測量腰椎橫突參數(shù)發(fā)現(xiàn)L1長度最短,L2、L4、L5長度相似,L3最長,L1～4厚度節(jié)段性變化不明顯，但在L5水平較L4增大約1倍。各節(jié)段橫突寬度、厚度從內(nèi)到外逐漸變窄、變薄。陳世忠等[16]對青少年腰椎X 線照片觀察發(fā)現(xiàn)L3橫突較長、L4橫突向上翹起、L5橫突扁狀。Williams[17]研究發(fā)現(xiàn)L4～5變化較小，L5橫突最粗壯，直接起自椎體及椎弓根。機(jī)械卡壓理論[18]認(rèn)為而L3為腰椎活動的軸心，處于腰曲的中點，其橫突較其他橫突長且周圍附著的肌肉多，受到的各方向的應(yīng)力最大。以上測量對于橫突根部的定義均非常模糊，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，也有以副突作為橫突根部定位標(biāo)志，橫突厚度和寬度測量部位定位也不明確。同時如果不考慮身高因素影響，其參考價值也存在局限。

由于新型脊柱矯正系統(tǒng)是以橫突鉤環(huán)抱橫突并以橫突作為固定支點，通過連接棒連接固定單元達(dá)到固定目的（見圖1A）。因此本次測量明確定義橫突根部，而橫突厚度和寬度均以橫突外2/3處作為統(tǒng)一的測量部位（見圖1C），因該部位是橫突鉤最常與橫突接觸的部位。明確橫突根部定義以及寬度和厚度的測量部位，從而達(dá)到測量的同一性。橫突的粗細(xì)、角度測量必須考慮脊柱生理彎曲及橫突本身扭轉(zhuǎn)角度，由于DR 測量值偏大，CT 測量不能兼顧三維角度，因此選擇Mimics 三維測量。付裕、肖進(jìn)等[19,20]用脊柱側(cè)凸CT 影像Mimics 三維重建與脊柱實物的外形及測量參數(shù)極其吻合。課題組通過對實物測量、CT 和Mimics 三維重建測量（見圖2）對比研究，驗證了Mimics 測量的精確性。

本研究所收集病例資料是從近10年百色及周邊地區(qū)的住院或門診患者CT 影像。研究中發(fā)現(xiàn)，橫突的長度、冠狀面角度和水平面角度與身高無明顯相關(guān)性，而L1～4橫突寬度及厚度與身高均成正相關(guān)。L2～4形態(tài)穩(wěn)定，寬度從內(nèi)到外逐漸變窄，厚度從內(nèi)到外逐漸變薄。測量發(fā)現(xiàn)副突的位置在L5主要在上關(guān)節(jié)突與橫突根部交界處，從L4、L3、L2到L1副突逐漸遠(yuǎn)離根部而向上關(guān)節(jié)突靠近，L1副突甚至于平上關(guān)節(jié)突，橫突長度測量如果以副突作為根部定位標(biāo)志，則會影響測量結(jié)果的真實性，這也是我們不用副突定位根部的原因（見圖1C、D、F）。另外L1橫突長短變異較大，部分橫突非常短小，如圖1F 所示，由于橫突的短小，勢必影響橫突鉤對橫突的握持作用而使固定效果受影響。而L5橫突粗大，由外向內(nèi)厚度變化幅度很大見（圖1E），由于負(fù)重關(guān)系，其冠狀面角度大多數(shù)使向上的，其橫突厚度和寬度均明顯大于其他椎體，與身高無相關(guān)性或者低相關(guān)性。由于其超大尺寸、角度、形態(tài)的特點，新型脊柱矯正系統(tǒng)的橫突鉤要固定L5橫突，常規(guī)的橫突鉤設(shè)計勢必難以固定。對于L1橫突測短小、L5椎體的粗大等特點，為系統(tǒng)的改良設(shè)計提出了個性化設(shè)計的新思路。

通過Mimics 三維重建對橫突形態(tài)學(xué)進(jìn)行研究并對測量參數(shù)與身高作相關(guān)性分析，是課題組對橫突形態(tài)學(xué)研究的進(jìn)一步完善，對新型脊柱矯正系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計具有重要價值。由于樣本量還不夠大，沒有對體重、年齡、性別差異及工作環(huán)境等相關(guān)因素作相關(guān)性研究，因此其研究價值有一定的局限性。另外，由于僅僅是對成人腰椎橫突進(jìn)行測量，而脊柱畸形主要累及胸椎和腰椎，胸椎橫突結(jié)構(gòu)與腰椎有明顯差異，對胸椎橫突的研究是不可缺少的一環(huán)；尤其必須重視的是對脊柱畸形患者的橫突形態(tài)學(xué)研究，這些將是課題組下一步的研究工作重點。