以关节突关节面及棘突为参照定位腰椎椎弓根的解剖学研究

自20世纪60年代以来,后路经椎弓根内固定及融合技术已经被广泛应用,有力地推动了脊柱外科的发展。由于椎体及椎弓根周围毗邻许多重要结构,若椎弓根螺钉置人位置不佳,易导致脊髓、神经根、重要脏器、腹膜后血管损伤卩司等严重并发症,且螺钉力学性能下降。因此手术中如何确定椎弓根螺钉的进钉点及进钉方向,确保螺钉经过狭小的椎弓根骨性管道到达椎体,成为手术成败的关键。本课题通过观察腰椎关节突关节面及棘突与椎弓根轴线的相对关系并测量相关参数,为腰椎经椎弓根准确置钉提供参照。

1材料与方法

1.1一般资料选取我科2009-01-2012-05的患者腰椎CT平扫图像及腰椎DR正侧位片117例,其中男性59例,年龄24~65岁,平均49.25岁;女性58例,年龄24~76岁,平均49.83岁。剔除117例图像中关节突关节明显增生、破坏、融合、椎间隙明显异常及存在影响观测的其他因素的部分图像,最终共获得男、女性L1ˉL5腰椎CT轴位平扫图像各50例及男、女性腰椎DR正侧位片各50例。

1.2治疗方法

男、女之L1-L5各50例CT轴位平扫图像及腰椎DR正侧位片逐一在医生工作站自带的Centricity Enterprise WebⅤ3.O测(Centricity Enterprise WebⅤ3.O是通用电气公司医疗系统部的专业图像处理软件,可实现对距离及角度等的精确测绘,其精度分别为0.01mm及0.1),相关观测方法及内容如下:

观测方法:将CT连续平扫图像中(层厚0.7~1.2 mm)椎弓根横径最宽层面定为椎弓根轴线平面。把椎体最大横径四等分,将左侧(或右侧)两等份交界点F与同侧椎弓根中心点0连线的延长线L作为左侧(或右侧)的椎弓根轴线,过关节突关节面后缘点p做水平线,与椎弓根轴线L交于点k,过关节突关节面后缘点p做椎弓根内侧壁(椎管内侧壁)的连线N。测量距离D,该值即为关节突关节面后缘到椎弓根轴线的水平距离(若椎弓根轴线位于关节突关节面后缘外侧将D值记为正值,位于关节突关节面后缘内侧则将D值记为负值),测量椎体矢状线M与椎弓根轴线L交角,该角即为椎弓根轴线的外展角,如图1A。测量椎体矢状线M与直线N的交角γ角,该角命名为根面角,如图1B。

在DR腰椎侧位片上过椎弓根中点O画上终板平行线L,L即为侧位片椎弓根轴线;再于棘突上缘的中段画上缘的切线h,测量L与La的夹角α角,该角为椎弓根轴线与棘突上缘的夹角(若椎弓根轴线相对于棘突上缘向头侧成角记为正值,反之则记为负值),如图2A。

于DR腰椎侧位片上将椎弓根纵径均分为5等份,并自上至下称作为I-Ⅴ区;过上位椎节下关节突下缘作椎体上终板平行线Lb,统计Lb(即下关节突下缘在椎弓根纵径上的投影)在椎弓根侧位片上分区中的分布情况,如图2B。于DR腰椎侧位片上过棘突上缘根部作椎体上终板平行线,统计k(即棘突上缘根部在椎弓根纵径上的投影)在椎弓根侧位分区中的分布情况,如图2C。

1.3统计学分析

所有数据均采用spss17.0进行统计分析。分别比较D值,e角、γ角、α角在男、女性别间同一椎节上的差异性及该四个数值在L1-L5不同椎节间的差异性;比较e角、γ角在同一椎节上的差异性。统计学分析以PO。Os为差异有统计学意义。

2结果

在CT轴位图像上,椎弓根轴线L均位于关节突关节面后缘外侧。在DR侧位片上,共∞0个椎节中仅7个椎节椎弓根轴线相对于同椎节棘突上缘向尾侧成角,且都在-5以内,其余均相对于棘突上缘向头侧成角。经统计分析,D值、e角、γ角、α角数据均符合正态性分布,在男、女不同性别间同一椎节上差异无统计学意义,故分别于L1ˉ廴对D值、e角、γ角、α角合并。合并后D值、e角、γ角、α角数值经统计分析仍符合正态分布,但D值、e角、γ角、α角在L1ˉL5组间方差均不齐,经完全随机设计多个样本比较的秩和检验,D值、e角、γ角、α角在L1ˉ廴椎节间差别均具有统计学意义,经统计分析e角与γ角数值除在LI无显著差异外,L5差异均具有统计学意义,即在L1椎弓根轴线外展角e角与根面角γ角基本相等,而在砀-廴椎弓根轴线外展角e普遍大于根面角γ。(见表1)

3讨论

3.1相关解剖结构与力学作用对椎弓根位置的影响及本研究方法的可行性分析

就脊椎的发育而言,关节突与椎弓根起源于同一个骨化中心,是出生后由椎弓根后缘的骨性突起发育而来,因此关节突位置与椎弓根位置相对恒定;棘突则是由两侧骨化中心融合发育而来,其与双侧椎弓根的位置也相对恒定;再者,椎体、椎间盘、棘突、横突及小关节上附着着韧带、关节囊和肌肉等组织,这些结构维持着脊柱的静态与动态的稳定,脊柱在一定范围内的屈伸功能活动是通过椎弓根来连接、传导的,椎弓根把后方棘突和侧方横突的力量与前方椎体相互作用,这些作用在生理限度范围内是相对恒定的,因此出生后腰椎发育过程中椎弓根的位置、走向、大小与小关节突、棘突的位置、走向、大小有着必然的较为恒定的联系。这种关系是解剖和生物力学相互作用的结果。生物力学的发挥依赖于解剖结构的存在,而解剖结构的形态是受生物力学作用而发育形成的,所以小关节、棘突等与椎弓根的位置关系是恒定在一定范围内的,可通过测量数据获得其量化关系值,因此以关节突关节面和棘突定位椎弓根位置、方向是可行的。

3.2测量数据分析

3.2.1本研究资料使用临床患者腰椎CT平扫图像及DR腰椎正侧位Ⅹ线片图像,从应用角度来看比使用解剖标本测量更接近临床。测量软件为Ⅴ3.0系统,精度较高。椎弓根轴线的确定在CT图像上我们是选取平行上终板的腰椎轴位平扫图像最宽的一张,这也是我们临床置钉时观察椎弓根轴面常用的方法。实际上在CT轴位片上过椎弓根横径最狭窄处的中心点(0)可以做许多直线,如果该直线外展、内倾和上下倾斜角度不大时它们都可视作椎弓根轴线,但从生物力学角度考虑,同时更好地统一量化测量,我们定经过椎体最大横径四等分最外侧等分点F的直线为椎弓根轴线。在腰椎的DR侧位片上,因患者片子精度较差,对于距离很难精确测量,所以将椎弓根进行分区,测量下关节突下缘及棘突根部在椎弓根各区的投影分布概率,此概率分布情况较单纯测量数值更为方便可靠。

3.2.2本研究证实腰椎各关节突关节面后缘与椎弓根轴线之间的水平距离D值相对恒定,变异不大,因而术中以关节突关节面后缘作为标志定位置钉切实可行。D值从L1的5。狎±1.50 mm至L5的1I。48±2.鲳mm基本上是顺序递增的,它与椎弓根外展角自Ll一廴逐渐增大相应。从椎弓根轴线的外展角e与根面角γ关系来看,只有L1差异无统计学意义,其余△-L5均有统计学差异,其两者角度差值(e~γ)在L1-L5分别为硐.4°,1.43°,5.⒄°,4.44°,6.18°,虽然L2外展角e与根面角γ差异具有统计学意义,但两者差值仅1。从临床来看其差异意义不大,即L1、L2的椎弓根轴线与根面直线接近平行,而L3ˉ廴椎弓根轴线外展角大于根面角,约5°左右。该数据的了解有利于提高置钉质量。也就是说对应相应椎节椎弓根轴线外展角植人螺钉时,其螺纹不突破关节突关节面一般不会进人椎管,这个安全性在术中螺钉植人前就可通过观察关节面的挫动而心中明了,既直观又方便,可靠且安全。另外本研究的e角即椎弓根轴线的外展角的测量数值与其它研究结果基本相同⒗9刀,证实我们椎弓根轴线的确定和以往的研究比较无过大偏差。椎弓根轴线与同椎体棘突上缘夹角(α角)在各椎体也相对恒定,即椎弓根轴线一般相对于同椎体棘突上缘向头侧成角,该角度可通过DR侧位片观察和测量,置钉时可术中触摸棘突上缘后以这一角度头倾若干度开孔即可,极为方便。

3.2.3经观测下关节突下缘位于椎弓根纵径的Ⅱ区和Ⅲ区的概率分别为21.6%和71.4%,这两个区域是置人螺钉的最佳位置。而棘突上缘根部位于椎弓根纵径的Ⅱ区、Ⅲ和Ⅳ区的概率分别为12%、73.4%、14.2%,它与椎弓根轴线也十分接近,是术中寻找椎弓根轴线的又一方便参照。另外这两个参照也是DR侧位片和术中显露极易查看和触摸到的,因此利用关节突关节面和棘突定位椎弓根轴线既方便叉可靠。

3.2.4我们参照数据的测量是选同一椎节的关节突关节面、棘突,这在手术中不会因患者体位变化与原影像有差异而导入误差。虽然下关节突附属上一椎节,以它作为下一椎节椎弓根置钉参照时可能因术中体位变化和原影像不一致而介入误差,但这一误差很小,而且术中Ⅹ线透照可以方便、清晰地观察到其与椎弓根轴线的关系,当体位不再变动时以此做参考是可靠的。

3.3目前手法置钉法及本方法的优缺点

目前腰椎椎弓根手法置钉方法较多,其中RoyˉCamille法是选用关节突关节间隙中心的垂直延长线作为椎弓根轴线纵向平面的参考线,对于腰椎该方法置钉过于偏内,已证实不适用于腰椎置钉囵。其余M吧erl法、ICr吧法、AO法、Weillstein法等尽管在选择横向基线方法上不同,但多是依据上关节突外缘的垂线作为椎弓根轴线纵向平面的参考线。关节突表面及关节突外缘术中虽然容易显露,但因其均为弧面,靠视觉在弧面上连线易于混人误差,而且影像上很难观察到其与椎弓根的准确关系,再者小关节外缘增生时连线更易偏差。腰椎人字嵴置钉法则以椎板嵴和横突嵴交点定位为进钉点,我们使用该法的经验认为该法很方便,易于显露、确定和操作,准确率也比较高,但有少数患者人字嵴有变异或增生后模糊,甚至无明确人字嵴,人字嵴结构影像上难于观察到,因此在应对一些变异患者时可能会困惑。经统计,目前的传统手法置钉方法大约有20%的失败率网,其偏差考虑一方面与术者操作经验有关,另一方面则是由于患者椎弓根结构存在变异,而目前各种手法置钉法操作时均使用解剖测量数据均值或定点,并且各种置钉方法定位椎弓根参照物影像上观察困难,应对个体椎弓根解剖的差异性、变异性有一定困难,因而导致部分置钉失败。

3.4关节突关节增生或腰椎滑脱时本研究置钉方法的使用及其它注意点

对于关节突关节增生的问题凡sclle1T等Ⅱq的研究发现腰椎关节突的退变增生概率约为30%,增生多位于上关节突外侧肌肉附着点处。杜心如等Ⅱ川也认为只有严重增生时才会使腰椎关节突关节面的位置发生变化。笔者在本研究选取的病例范围外也随机统计了20例共100个关节突关节的增生情况,发现共13个(其中腰3占1个,腰4和腰5各占6个)关节突关节存在增生,增生特点为关节突膨大、内聚引起椎管狭窄。上关节突增生较下关节突增生略重。增生关节中的5个未对关节面产生影响,5个造成关节面内移,3个骨赘遮挡小关节后方,即大约有13%关节突关节存在增生,只有8%对关节突关节面的位置产生了影响。对于部分增生的关节突关节,术中可对骨赘适当清理,探查到关节突关节面软骨后仍然可显露出关节线,提拉棘突便可清晰辨认关节面运动而确定关节线,此时下关节突下缘可能难以辨认或准确,可以通过棘突上缘根部来确定椎弓根置钉的横向基线。此时仍可运用该法置钉,对于极少数关节突关节严重增生,关节面难以准确时则不建议运用该法。

腰椎滑脱时,椎体、椎弓根及上关节突整体前移,因其上关节突与椎弓根轴线的关系并未发生改变,当滑脱程度不重时仍然可以以上关节突关节面为参照,而下关节突、椎板及棘突滞留后方,棘突与椎弓根相对关系发生改变,此时再以下关节突下缘或棘突根部定位椎弓根将导人误差。当滑脱程度较重时,椎弓根及上关节突向前方滑移且多有骨赘及瘢痕组织增生遮挡,此时应用本研究方法置钉则难以准确。另外在关节突骨折、破坏、小关节融合、棘突骨折等情况下以本研究方法置钉,也将导入误差。

作为研究,本法提供了腰椎小关节及棘突定位椎弓根的测量均值,这些均值也只是确定了其相对安全的一个范围,可作为置钉的一般参考,但每个椎弓根均有其特有的复杂的三维结构叫,因而单纯以测量均值指导进钉`总会存在一定的偏差,我们的真正意图是研究介绍该法在个体置钉中能够克服变异的意义,这就要求在置钉时尽量在本法提供的均值数据基础上观察患者影像参照物(小关节面、棘突、根面角等),并划线测量D值、e角、α角,术中查看关节面,触摸棘突后再结合影像确定椎弓根位置和方向,只有这样才是真正应用本法的个体化置钉。

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