应用不同影像学检查方法评估椎弓根螺钉位置的研究

作者：李羽中，沈忆新    作者单位：1.江苏省昆山市第一人民医院骨科，江苏 昆山 215300；2.苏州大学附属第二医院骨科，江苏 苏州 215300 　　【摘要】  目的 研究X线片、CT和MRI对术后胸腰椎椎弓根螺钉位置的影像判断特点，选择判断椎弓根螺钉位置准确性的最佳方法。方法 选取6具正常成人尸体脊柱标本(T9～L5)，分别将108个钛合金的椎弓根螺钉植入标本椎弓根，然后分别摄X线片、CT和MRI扫描。随后由不知情的第三者阅片判断各个椎弓钉位置，再逐个轴位横断解剖脊柱标本以检查螺钉的实际植入位置。最后，评估各种评判方案的准确度。结果 X线片组、CT组、MRI组和X线片加CT加MRI联合组的判定灵敏度分别是93.68％、95.79％、93.68％和97.89％。其判定特异度分别是23.08％、53.85％、46.15％和69.23％。其阳性预测值分别是89.90％、93.81％、92.70％和95.88％。阴性预测值分别是33.33％、63.64％、50.00％和81.82％。综合判定X线片组、CT组、MRI组和X线片加CT加MRI联合组的准确度分别是85.19％、90.74％、87.96％和94.44％。结论 对于常规胸腰椎术后患者，单纯应用X线片判定术后椎弓根螺钉位置准确性是比较可靠的，但对于术后出现神经症状者应联合应用X线片加CT加MRI，以提高准确性。

　　【关键词】  椎弓根螺钉；螺钉位置；准确性；影像方案

　　Evaluation of the Position of Thoracolumbar Pedicle Screw with Different Image Method after the OperationLI Chong，SHEN Yixin　1.Department of Orthopaedics，the First Hospital of Kunshan City，Kunshan 215300，China；2.Department of Orthopaedics，the Second Affiliated Hospital of Suzhou University，Suzhou 215300，China    Abstract：Objective  To study the imaging characteristics of Xray，CT and MRI on determining of postoperative pedicle screw placement，and choose the optimal proposal for judging of pedicle screw positions.Methods  108 titanium pedicle screws were inserted in six normal adult cadaverspine specimens (T9～L5) respectively.The Xray，CT and MRI were obtained，then read by the third parties and judged each pedicle screw position.The spines were then dissected to examine screw location.Finally，evaluated the accuracy of each proposal.Results  The sensitivity of Xray，CT，MRI and Xray＋CT＋MRI is 93.68％，95.79％，93.68％ and 97.89％，respectively.the specificity of them is23.08％，53.85％，46.15％and 69.23％，respectively.The positive predictive value is 89.90％，93.81％，92.70％ and 95.88％，respectively.The negative predictive value is 33.33％，63.64％，50.00％ and 81.82％，respectively.The accuracy of Xray，CT，MRI and Xray＋CT＋MRI is equal to 85.19％，90.74％，87.96％and 94.44％ respectively.Conclusion  Routine evaluation of patients′ status post pedicle screw fixation can be reliable obtained with Xray.however，for the Patients who present with significant complaints of neurologic deficits，the optimal determination of pedicle screw positions is with the combination Xray，CT and MRI. 　Key words：pedicle screw；pedicle screw positions；accuracy；imaging methods    椎弓根螺钉的应用在脊柱外科学具有划时代的意义。目前，椎弓根螺钉技术已经广泛应用到脊柱的骨折、脱位、退行性疾病和恶性肿瘤疾病的手术治疗。脊柱后入路经椎弓根螺钉内固定手术的一个生物力学优势是改进了融合率和减少了坚强固定所需的脊椎节段数量。此手术成败的关键在于螺钉的准确植入。螺钉植入位置将直接影响到手术效果及并发症等，一旦螺钉位置错误将可能导致严重术后并发症。在临床中，我们在判定椎弓根螺钉植入位置的准确性时经常用到正侧位X线片、CT扫描或MRI等。尽管这些影像技术已经广泛应用到临床上判定螺钉植入情况，但关于它们的判断准确度方面，鲜有论著问世。本实验设计就是通过经处理后的尸体标本成像来评估研究X线片、CT、MRI对术后胸腰椎椎弓根螺钉位置准确性的影像判断特点。

　　1  资料和方法

　　1.1  实验材料

　　6具成人尸体的脊柱标本，经X线检查排除骨骼畸形和先天发育不良。标本剔除椎旁肌肉及周围骨骼，仅保留脊柱相关关节韧带。预植螺钉均为枢法模TSRH椎弓根钛合金螺钉，直径4.0～6.5 mm，长度3.5～4.5 cm。植入螺钉直径和长度的选择按标本椎弓根实际情况决定。

　　1.2  研究方法

　　在标本T9～L5节段的每个椎体左右两侧分别钻入椎弓根螺钉。每具标本植入18枚螺钉，6具尸体标本共植入108个椎弓根螺钉。螺钉进钉点采用Magerl［1］和Roycamille［2］制定的进钉标准，即横突中点水平线与上关节突外缘垂线的交点。实验步骤为先在进钉点用开路锥打孔后用锥子以适当角度钻入椎弓根。然后用椎弓根探针探测椎弓根钉道至前方椎体以确保无骨皮质破裂，探测无误后拧入预植椎弓根螺钉。    　　重复上述过程拧入每个预植螺钉后，摄正侧位X线片，并行CT(2 mm断层轴位标准胸腰椎扫描)和MRI扫描。三种影像方式分别成像后将图像资料与具体节段各螺钉依次对应编号记录。在双盲的前提下，另请不知情的高年资骨科副主任医师依据相关文献方法［3～5］，分别阅览X线片、CT和MRI并给出其对每个椎弓根螺钉位置正确与否的判断。

　　最后，紧贴椎弓根螺钉上缘沿轴向自后向前锯开后、中、前柱及硬膜，解剖每具脊柱标本并直视下观察每个螺钉的位置好坏。螺钉实际植入位置的失败标准为螺钉偏离椎弓根，即螺钉贯穿椎弓根周围骨皮质。

　　1.3  观察指标

　　为了便于评估，我们引入四个观察指标。a)敏感度就是真阳性率，它的意义在于表明了该成像方法在这些实际位置正确的螺钉里鉴别出一个位置正确螺钉的概率；b)特异度就是真阴性率，它的意义在于表明该成像技术在这些植入失败的螺钉里鉴别出一个失败螺钉的概率；c)阳性预测值就是该成像技术判定为正确螺钉而实际也确是正确螺钉的比例；4)阴性预测值就是该成像技术判定为失败螺钉而实际也确是失败螺钉的比例。

　　1.4  统计学处理

　　所有数据采用SPSS12.0软件包进行处理，四组影像数据分别与解剖组实际数据对照行非参数χ2检验。P＜0.01为差异具有统计学意义。

　　2 结 果

　　本实验6具尸体标本，共打入了108个胸腰椎椎弓根螺钉。最后水平面解剖直视验证，实际95个螺钉(88％)是在正确的位置，13个螺钉是失败的植入，其中仅2 例为穿破椎弓根外侧皮质，其余均为穿破椎弓根内侧皮质，无穿破椎体前缘及上下终板记录。通过X线片能鉴别出实际13个失败螺钉中的3个是位置失准。CT扫描鉴别出7个。MRI鉴别出6个。联合X线片加CT加MRI组则鉴别出9个失败植入螺钉(见图1～6)。    　　除了记录每种成像方法鉴定螺钉位置的准确率外，我们也记录不准确率。X线片错误地报道了10个螺钉是正确位置和6个螺钉是不恰当的位置。相应的，CT扫描错误地报道了6个正确螺钉和4个穿破椎弓根皮质的不当螺钉。MRI则误报了7个正确螺钉和6个错误螺钉。当联合应用三种成像判定时，有4个螺钉被错误地判定为正确位置和2个螺钉被错误地认为是不当位置(见表1)。四种不同评判方案的敏感度、准确度、阳性/阴性预测值和准确率(％)见表2。表1  四种不同评判方案的对应各参数值(略)表2  四种不同评判方案的敏感度、准确度、阳性/阴性预测值和准确率(略)

　　3 讨 论

　　经胸腰椎椎弓根内固定是治疗临床脊柱疾病的常用方法，而T9～L5节段是最常见的部位。就椎弓根解剖特点来说，下胸椎要比中上胸椎更加接近于腰椎［6］，尤其是下腰椎神经根紧贴椎弓根走形的解剖特点，临床上更易出现神经根症状［7］。所以，利用T9～L5节段更加有利于统一评判标准，临床意义更大。    　　通过表2的统计学参数，我们可以看到四种评判方案里，敏感度最高的是联合组的97.89％，而敏感度最低的X线片与MRI评判法也高达93.68％。说明在常规情况(螺钉植入正确率高达88％)下，三种影像方式鉴定出位置正确螺钉的能力都非常高。基于经济因素考虑，我们建议常规腰椎术后患者，单纯应用X线片判定术后椎弓根螺钉位置准确性就足够了。

　　在计算特异度的结果中，我们发现，评判出螺钉植入位置错误的最佳方案应该是联合组(69.23％)。相对比单纯应用X线片(23.08％)、CT(53.85％)、MRI(46.15％)，联合应用三种影像方式综合评判，将会大大增加检出位置不当螺钉的概率。但是，我们也发现植入位置错误的螺钉仍有高达30％的概率可能被成像漏检。究其原因，我们认为和三种影像技术的成像特点及阅片者的主观判断有很大关联。X线片作为一种单纯平面的二维成像方式，是骨骼和周围软组织的复合图像，难以全面体现椎弓根植入螺钉周边复杂的三维脊柱解剖结构。而CT和MRI作为分辨率高且是多方位多参数的成像方式，则能较为全面的反映椎弓根轴位螺钉位置及其周围的骨骼组织解剖结构。Fisher等［8］也报道了轴位CT的螺钉植入位置错误检出率是X线片的10倍，但是，CT和MRI也并不能做到百分之百的准确率，这是因为CT和MRI存在伪影现象，妨碍了其轴位片的直观判断。在本实验中，我们研究发现联合判断组中假阳性的4个螺钉都为贯穿椎弓根皮质小于2 mm，这说明在螺钉偏离尺度很小的情况下，CT和MRI还是不能做出准确的判断。

　　相应的，阳性预测值和阴性预测值这两组数值也同样表明，联合组无论是判定正确的位置螺钉还是判断错误的位置螺钉，其判断成功率都要明显高于其他组。尤其是阴性预测值，联合组优势明显，表明对于一个联合法判定为位置错误的螺钉，将有高达81.82％的可能性确实为失败螺钉。

　　本研究实验的四组成像评判方法在判定椎弓根螺钉位置准确性方面各存在着优缺点。a)就X线片来说，虽然经济实用，但是其准确率尤其是特异度仍然相对很低。另外，在判定胸椎螺钉时，易受周围肋骨、肩胛骨遮挡，从而影响成像致判断失误。b)CT在判断螺钉位置方面，其敏感度和特异度都相对较高，可以较为准确的反映螺钉与椎管的关系。但是其仍然摆脱不了伪影的影响，尤其对于穿透椎弓根皮质在0.5～2 mm范围内的失败螺钉，仍然无法明确诊断。此外，CT对于术后螺钉周围的软组织损伤状况也评估不佳。c)MRI的最大成像特点是可以很好地反映软组织损伤情况，特别是对于硬膜外瘢痕增生、脑脊液漏等术后并发症诊断以及脊柱肿瘤术后复查等有其独特优势［9］。但是MRI只能局限于钛合金内固定装置，对于磁性金属植入物的患者不适用。d)联合组在敏感度、特异度等方面均具有明显优势，可以全面评估椎弓根螺钉植入后的位置准确性及手术预后等。但是，其设备条件的高要求和医疗资金的高花费仍然限制了此法在中下级医院的普及应用。

　　总之，对于常规胸腰椎术后患者，单纯应用X平片判定术后椎弓根螺钉位置准确性是比较可靠的。但对于术后出现神经症状者应联合应用X线片加CT加MRI。需要特别注意的是，大量文献表明椎弓根螺钉的植入失败导致的相关神经、血管、内脏并发症发生率只有不到1％［10］。因此，我们对于大部分无神经血管等并发症状的腰椎术后患者，仅仅行常规的单纯X线片检查，可能导致部分植入失败螺钉的漏检。

【参考文献】　　［1］Magerl FP.Stabilization of the lower thoracic and lumbar spine with external skeletal fixation［J］.Clinical Orthopaedics & Related Research，1984，10(189)：125141.

　　［2］RoyCamille R，Saillant G，Mazel C.Internal fixation of the lumbar spine with pedicle screw plating［J］.Clinical Orthopaedics & Related Research，1986，2(203)：717.

　　［3］殷渠东，郑祖根，蔡建平，等.对X线图像评价椎弓根螺钉水平面位置的探讨［J］.中国脊柱脊髓杂志，2003，13(5)：300303.

　　［4］Sim E.Location of transpedicular screws for fixation of the lower thoracic and lumbar spine.Computed tomography of 45 fracture cases［J］.Acta Orthopaedica Scandinavica，1993，64(1)：2832.

　　［5］贺石生，杨永华，汪剑，等.胸腰椎后路钛合金脊柱内固定系统对术后MRI成像的影响［J］.第二军医大学学报，2006，27(11)：12391241.

　　［6］Sandeep P，Datir MS，Sajal R.Morphonletric study of the thoracic vertebral pediele in an Indian population［J］.Spine，2004，29(11)：11741181.　　　　［7］KirkaldyWillis WH.The relationship of structural pathology to the nerve root［J］.Spine，1984，9(1)：4952.

　　［8］Fisher CG，Sahajpal V，Keynan O，et al.Accuracy and safety of pedicle screw fixation in thoracic spine trauma［J］.Journal of Neurosurgery Spine，2006，5(6)：520526.

　　［9］黄群，杨海涛，李维金，等.脊柱内固定术后MRI应用研究［J］.放射学实践，2007，22(7)：743746.

　　［10］Elliott MJ，Slakey CJ.Thoracic pedicle screw placement：analysis using anatomical landmarks without image guidance［J］.Journal of Pediatric Orthopedics，2007，27(5)：582586.