腰椎棘突、椎板及下關(guān)節(jié)突的影像解剖*

盧奕霖 陳澤華# 蔣佳霖 張朝政 孫璟川 郭永飛△

（海軍軍醫(yī)大學(xué)，1 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，2 研究生院，上海 200433；3 長(zhǎng)征醫(yī)院脊柱外科，上海 200001）

腰椎峽部裂是臨床常見(jiàn)疾病之一，是指連接腰椎上、下關(guān)節(jié)突之間的狹窄骨性部分的缺損或不連續(xù)，又稱為峽部不連或椎弓崩裂，多見(jiàn)于腰4、5（L4、L5）節(jié)段。腰椎峽部裂主要發(fā)生于青少年，是青少年下腰痛的常見(jiàn)原因[1]。雙側(cè)峽部裂患者可發(fā)展為峽部裂性滑脫，并有更高的椎間盤(pán)退變風(fēng)險(xiǎn)，最終導(dǎo)致腰背疼痛[2]。對(duì)于腰椎峽部裂，非手術(shù)治療無(wú)效時(shí)，需要考慮手術(shù)方法。而傳統(tǒng)的內(nèi)固定方式有創(chuàng)傷大、手術(shù)操作復(fù)雜，出血多等不足之處。針對(duì)這些問(wèn)題，本院提出一種新型腰椎峽部翼狀曲面鋼板結(jié)合椎弓根螺釘（簡(jiǎn)稱釘-板系統(tǒng)）治療青少年單純性腰椎峽部裂的方法。為進(jìn)一步研發(fā)釘-板系統(tǒng)，需要L4、L5 的棘突、椎板和下關(guān)節(jié)突區(qū)域的相關(guān)解剖學(xué)精確參數(shù)。1999年，Xu 等[3]報(bào)告了白種人椎板區(qū)域的精確解剖學(xué)參數(shù)，2013年，陳康樂(lè)等[4]對(duì)成年漢族人的椎板解剖學(xué)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。劉金龍等[5]對(duì)腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)、棘突與椎弓根的關(guān)系進(jìn)行了研究。2014年，劉衛(wèi)華等[6]采用三維重建技術(shù)測(cè)量了國(guó)人腰椎峽部的上、下、內(nèi)、外緣厚度等數(shù)據(jù)，但該研究沒(méi)有對(duì)峽部附近結(jié)構(gòu)如椎板、下關(guān)節(jié)突等進(jìn)行測(cè)量。目前，國(guó)內(nèi)少見(jiàn)針對(duì)L4、L5 椎板、棘突及上、下關(guān)節(jié)突解剖學(xué)研究的報(bào)道。本課題通過(guò)3D 重建、影像學(xué)測(cè)量等方法對(duì)上述區(qū)域進(jìn)行精確測(cè)量，為釘-板系統(tǒng)的進(jìn)一步研發(fā)提供解剖學(xué)數(shù)據(jù)支持。

1 材料和方法

1.1 一般資料

這是一項(xiàng)基于臨床樣本的解剖學(xué)研究。33 名于2019年4月～2020年1月在長(zhǎng)征醫(yī)院脊柱外科就診的患者（男性19 例，女性14 例）被納入研究（表1）。納入標(biāo)準(zhǔn)：①無(wú)L4、L5 疾患；②有完整的L4、L5 影像學(xué)數(shù)據(jù)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①患有峽部裂、先天性畸形、椎間盤(pán)退變以及腫瘤等可能對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響的疾病；②影像學(xué)資料不完整的患者。對(duì)于影像學(xué)方法難以測(cè)量的數(shù)據(jù)，通過(guò)3D 打印的方法建立實(shí)物模型（圖1，見(jiàn)封三），在實(shí)物模型上進(jìn)行測(cè)量。

表1 患者一般信息

圖1 3D 打印建立的實(shí)物模型。A：從腹側(cè)觀察3D 打印標(biāo)本；B：從側(cè)面觀察3D 打印標(biāo)本；C：從背側(cè)觀察3D 打印標(biāo)本.

1.2 測(cè)量方法

將薄層CT 掃描的結(jié)果以DICOM 數(shù)據(jù)格式的文件導(dǎo)入到3D Slicer 4.10.2 軟件中，建立3D 模型。參考郭開(kāi)今等[7]測(cè)量L1～L5 時(shí)使用的定義，使用3D Slicer 軟件內(nèi)測(cè)量工具，分別對(duì)L4、L5 測(cè)量以下3 個(gè)指標(biāo)：棘突邊距（D），即棘突上緣中點(diǎn)與棘突下緣中點(diǎn)的距離；棘突中央高度（H），即棘突后緣上下中點(diǎn)處至棘突與椎板移行處的距離；棘突上、中、下份厚度（Ts、Tc、Ti），即棘突邊距的3 等分點(diǎn)處的棘突厚度（圖2、3，見(jiàn)封三）。在3D打印模型上，取3 個(gè)定位點(diǎn)：Ⅰ：棘突與椎板移行處上端點(diǎn)；Ⅱ：棘突與椎板移行處下端點(diǎn)；Ⅲ：上、下關(guān)節(jié)突移行處外側(cè)端點(diǎn)。這3 個(gè)定位點(diǎn)的連線將棘突、下關(guān)節(jié)突、椎板和上關(guān)節(jié)突分為3 個(gè)面，即棘突側(cè)面、下關(guān)節(jié)突面和椎板面。使用上匠生產(chǎn)的數(shù)顯卡尺【專業(yè)級(jí)150 mm】二代電子游標(biāo)卡尺（精確度0.01 mm）在3D 打印模型上測(cè)量以下5 個(gè)指標(biāo)：①棘突根部（定位點(diǎn)Ⅰ）至上關(guān)節(jié)突根部（上關(guān)節(jié)突與椎板移行處）距離（Df）；②棘突側(cè)面與下關(guān)節(jié)突面夾角（A1）；③下關(guān)節(jié)突面與椎板面夾角（A2）；④下關(guān)節(jié)突矢狀厚度（T1），即下關(guān)節(jié)突面中心處矢狀線方向的厚度；⑤下關(guān)節(jié)突垂直厚度（T2），即下關(guān)節(jié)突面中心處垂直于下關(guān)節(jié)突面方向的厚度。

圖2 影像學(xué)測(cè)量指標(biāo)示意圖。A、D：棘突邊距，即棘突上緣中點(diǎn)與棘突下緣中點(diǎn)的距離；H：棘突中央高度，即棘突后緣上下中點(diǎn)處至棘突與椎板移行處的距離；B：Ts：棘突上份厚度；Tc：棘突中份厚度；Ti：棘突下份厚度，即棘突邊距的3 等分點(diǎn)處的棘突厚度.

圖3 在3D Slicer 軟件上進(jìn)行測(cè)量。A：三維重建后測(cè)量棘突邊距；B：在CT 結(jié)果中測(cè)量棘突中央高度；C：在CT 結(jié)果中測(cè)量棘突上、中、下份厚度.

測(cè)量Df 時(shí)，游標(biāo)卡尺兩爪的附著點(diǎn)分別為棘突根部和上關(guān)節(jié)突根部；測(cè)量A1 和A2 時(shí)，將黏土粘在模型上，待其完全干燥硬化后取下，在紙上繪制黏土所成的角度進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量T1 和T2 時(shí)，游標(biāo)卡尺兩爪的附著點(diǎn)分別為下關(guān)節(jié)突面中心和其前方對(duì)應(yīng)的骨面、下關(guān)節(jié)突面的中心和由此點(diǎn)做下關(guān)節(jié)突面垂線后在對(duì)側(cè)的穿出點(diǎn)（圖4～6，見(jiàn)封三）。

圖4 實(shí)物測(cè)量示意圖。A：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ點(diǎn)分別是棘突與椎板移行處交點(diǎn)、棘突與下關(guān)節(jié)突移行處交點(diǎn)和上、下關(guān)節(jié)突移行處外側(cè)交點(diǎn)，此3 點(diǎn)將脊椎后骨面分為棘突側(cè)面、下關(guān)節(jié)突面和椎板面；B：Df：棘突根部至上關(guān)節(jié)突根部距離；C：下關(guān)節(jié)突矢狀厚度；D：下關(guān)節(jié)突垂直厚度.

圖5 使用黏土輔助A1、A2 的測(cè)量。A：從后面觀察A1 取模；B：從側(cè)面觀察A1 取模；C：從后面觀察A2 取模；D：從側(cè)面觀察A2 取模.

圖6 用游標(biāo)卡尺進(jìn)行實(shí)物數(shù)據(jù)測(cè)量。A：從上面觀察Df 測(cè)量情況；B：從側(cè)面觀察T1 測(cè)量情況；C：從側(cè)面觀察T2 測(cè)量情況.

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

使用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)、方差分析和相關(guān)性分析。連續(xù)變量以±s表示。P<0.05則認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

經(jīng)過(guò)Shapiro-Wilk 檢驗(yàn)和F 檢驗(yàn)分別檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示各組數(shù)據(jù)均具有正態(tài)性和方差齊性。結(jié)果顯示，本研究測(cè)量的所有指標(biāo)在男、女性之間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以男性為例，L4 的D、H 分別為（24.55±2.31）mm、（23.06±2.89）mm，L5的D、H 分別為（20.87±2.61）mm、（21.52±3.08）mm，兩椎體的棘突厚度均呈從上至下增厚的趨勢(shì)，這與郭開(kāi)今等[7]的研究相吻合。其余測(cè)量指標(biāo)未見(jiàn)針對(duì)國(guó)人進(jìn)行測(cè)量的報(bào)道。Df、A1、A2、T1、T2 在L4 分 別 為（10.33±1.03）mm、（149.74±6.40）°、（140.53±12.33）°、（10.51±0.53）mm、（10.98±0.65）mm；在L5，由于3D 模型L4、L5 為一個(gè)整體，影響了A2 的測(cè)量，其他指標(biāo)分別為（16.42±1.66）mm、（146.47±7.90）°，（11.38±0.86）mm、（10.15±0.62）mm（表2）。

表2 各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)量結(jié)果（±s）

表2 各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)量結(jié)果（±s）

椎體測(cè)量指標(biāo)男性（n=19）女性（n=14）L4D（mm）24.55±2.3124.49±3.05 H（mm）23.06±2.8921.89±3.22 Ts（mm）4.18±0.674.22±0.68 Tc（mm）5.18±0.665.19±0.61 Ti（mm）6.00±1.466.34±0.82 Df（mm）10.33±1.0310.21±0.57 A1（°）149.74±6.40149.21±3.38 A2（°）140.53±12.33141.64±7.37 T1（mm）10.51±0.5310.30±0.71 T2（mm）10.98±0.6510.75±0.80 L5D（mm）20.87±2.6121.33±3.53 H（mm）21.52±3.0820.36±3.51 Ts（mm）4.91±1.204.56±0.61 Tc（mm）5.78±1.125.42±0.85 Ti（mm）5.75±0.925.63±1.51 Df（mm）16.42±1.6616.25±1.16 A1（°）146.47±7.90148.07±4.43 T1（mm）11.38±0.8611.32±0.90 T2（mm）10.15±0.6210.39±0.55

3 討論

腰椎峽部是指位于腰椎上、下關(guān)節(jié)突之間的狹窄骨性連接，腰椎峽部裂即指此解剖部位的骨質(zhì)缺損，通常系先天發(fā)育性骨未連接或由反復(fù)應(yīng)力導(dǎo)致的疲勞性骨折所致，是青少年及兒童發(fā)生下腰痛的最常見(jiàn)原因[8]。腰椎峽部裂可致患病的腰椎局部不穩(wěn)、嚴(yán)重者發(fā)生腰椎滑脫，尤其是雙側(cè)性峽部裂患者[9]。腰椎峽部裂在脊柱尚未發(fā)育成熟的青少年人群中較為常見(jiàn)，尤其是運(yùn)動(dòng)員，嚴(yán)重影響了患者的生活、學(xué)習(xí)和工作；青少年腰椎峽部裂的治療，尤其是采用外科手術(shù)時(shí)，內(nèi)固定器械的選擇，一直是脊柱外科醫(yī)生爭(zhēng)論的熱點(diǎn)。

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，脊椎峽部裂可發(fā)生于脊柱的任何節(jié)段，但臨床上最常見(jiàn)于腰椎[3]，尤其是L5椎節(jié)（85%～95%），其次是L4椎節(jié)（5%～15%）[10]，多節(jié)段腰椎峽部裂相對(duì)少見(jiàn)，發(fā)病率為0.3%～1.5%[11]。腰椎峽部裂在青少年時(shí)期容易引起腰椎滑脫，且進(jìn)展的可能性較大，成年后病情趨于穩(wěn)定[12]；運(yùn)動(dòng)員腰椎峽部裂患者發(fā)展為腰椎滑脫的概率較高，為50%～81%[13]。

保守治療是常見(jiàn)的治療腰椎峽部裂的方法，但有研究表明，對(duì)于晚期患者，保守治療的效果差，治愈率較低[14]。Scott 等[15]在1977年提出的橫突棘突間鋼絲環(huán)扎固定法，具有植骨牢固的優(yōu)點(diǎn)，但是該方法創(chuàng)傷大，操作復(fù)雜，且不適用于L5 峽部裂的治療；Salib 等[16]提出了改良Scott 法，簡(jiǎn)化了手術(shù)操作，解決了創(chuàng)傷大的缺點(diǎn)，但該方法植骨面積小，且不能為嚴(yán)重椎間盤(pán)退變患者所采用。1983年，Morscher 等[17]提出采用椎板鉤-椎弓根螺釘系統(tǒng)治療腰椎峽部裂，適用于無(wú)腰椎滑脫的患者，具有良好的生物力學(xué)穩(wěn)定性。后來(lái)的研究表明，該技術(shù)不能適用于全年齡段的患者[18]。

本課題組先期研究根據(jù)腰椎峽部的解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及四肢骨折鎖定鋼板理念，設(shè)計(jì)了一種新型的腰椎峽部翼狀曲面鋼板，結(jié)合經(jīng)典的椎弓根螺釘技術(shù)，用于治療青少年單純性腰椎峽部裂，以期解決青少年峽部裂的內(nèi)固定難題，促進(jìn)局部愈合，維持腰椎穩(wěn)定性并減少并發(fā)癥的發(fā)生。腰椎峽部裂的釘-板新型內(nèi)固定器械創(chuàng)傷小、固定牢、治愈率高，對(duì)鄰近節(jié)段影響小，為解決青少年腰椎峽部裂帶來(lái)的腰痛問(wèn)題創(chuàng)造了新的治療理念及實(shí)用性治療手段，具有重大的社會(huì)意義。

但是與此項(xiàng)技術(shù)相對(duì)應(yīng)的解剖學(xué)研究尚不完善。郭開(kāi)今等[7]曾進(jìn)行過(guò)腰椎棘突間區(qū)域的解剖學(xué)測(cè)量，但其并未對(duì)L4、L5 的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)專門(mén)的研究，并且其測(cè)量過(guò)程是在甲醛固定的尸體標(biāo)本上進(jìn)行的，測(cè)量結(jié)果可能不夠準(zhǔn)確。本研究結(jié)果表明，兩椎體的棘突厚度均呈從上至下增厚的趨勢(shì)，與郭開(kāi)今的研究相符。在劉剛等[19]的研究中，L4和L5 的棘突長(zhǎng)度分別為25.00 mm 和21.41 mm，與本研究中的結(jié)果23.06 mm 和21.52 mm 相近。2000年，高從敬等[20]報(bào)道了對(duì)腰椎峽部的CT 測(cè)量研究，其中L4、L5 的峽部長(zhǎng)均為14.8 mm。本研究的實(shí)際測(cè)量顯示，L4、L5 的峽部長(zhǎng)分別為10.33 mm 和16.42 mm，與高從敬等的研究存在差異。究其原因，可能是測(cè)量方式的不同導(dǎo)致的誤差。另外，其測(cè)量的對(duì)象是干燥的標(biāo)本，而本研究則是基于L4、L5正常患者的影像學(xué)資料直接進(jìn)行測(cè)量，避免了標(biāo)本制作等人為造成的誤差。

另外，結(jié)合3D 打印方法對(duì)L4、L5 相關(guān)參數(shù)進(jìn)行解剖學(xué)測(cè)量的研究也鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，基于對(duì)33 例L4、L5 完好的影像學(xué)資料和3D 打印模型進(jìn)行測(cè)量，驗(yàn)證此項(xiàng)技術(shù)是否達(dá)到預(yù)期的技術(shù)參數(shù)要求，探討如何基于影像學(xué)測(cè)量和對(duì)3D 模型的測(cè)量進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)的精確測(cè)量和比對(duì)，對(duì)推動(dòng)此項(xiàng)成果的推廣具有重要意義。