枢椎椎弓根峡部复合体最狭部CT重建的形态分型

doi:10.12307/2024.053

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (18): 2876-2880.doi: 10.12307/2024.053

• 骨与关节图像与影像 bone and joint imaging • 上一篇下一篇

枢椎椎弓根峡部复合体最狭部CT重建的形态分型

郝帅，马迅，张彦男，赵浩亮，柳青青

山西医科大学第三医院骨科，山西省太原市 030000

收稿日期:2023-03-23 接受日期:2023-05-05 出版日期:2024-06-28 发布日期:2023-08-25
通讯作者: 马迅，硕士，主任医师，教授，博士生导师，山西医科大学第三医院骨科，山西省太原市 030000
作者简介:郝帅，男，1990年生，山西省太原市人，2017年山西医科大学毕业，硕士，主治医师，主要从事脊柱外科和数字骨科方面研究。
基金资助:
山西医科大学第三医院院级教育教学改革课题项目基金(2022JX09)，负责人：郝帅

Morphological classification of CT reconstruction of the narrowest part of pediculoisthmic component

Hao Shuai, Ma Xun, Zhang Yannan, Zhao Haoliang, Liu Qingqing

Department of Orthopedics, Third Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030000, Shanxi Province, China

Received:2023-03-23 Accepted:2023-05-05 Online:2024-06-28 Published:2023-08-25
Contact: Ma Xun, Master, Chief physician, Professor, Doctoral supervisor, Department of Orthopedics, Third Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030000, Shanxi Province, China
About author:Hao Shuai, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, Third Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030000, Shanxi Province, China
Supported by:
Education and Teaching Reform Project Fund of Third Hospital of Shanxi Medical University, No. 2022JX09 (to HS)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

枢椎椎弓根峡部复合体：即枢椎上关节突和下关节突之间部位，是枢椎椎弓根螺钉的必经骨质，其外侧有椎动脉沟，内侧为椎管。通过CT多平面重建技术，在影像学软件上调整CT矢状位、轴位及冠状位定位线，获得枢椎椎弓根峡部复合体最狭部解剖形态。
CT多平面重建技术：是CT影像技术的基本图像操作方法，将CT薄层图像通过计算机处理，根据临床需要可以在冠状位、矢状位及轴位等任意角度和方位进行图像重建。CT多平面重建广泛应用于临床工作中，各种三维图像技术是影像及临床医生诊断疾病的重要线索。

背景：有研究建议枢椎椎弓根螺钉置入前必须进行CT多平面重建，以确定每个患者C2椎弓根的解剖结构，并设计合适的螺钉轨迹和直径，评估置钉的可行性，以降低手术相关并发症的发生。

目的：利用CT多平面重建技术对枢椎椎弓根峡部复合体最狭部进行形态学分型，用于评估枢椎椎弓根螺钉置入的可行性。
方法：通过西门子syngo.via软件CT多平面重建功能，对200例患者(400枚枢椎椎弓根)的颈椎CT数据进行回顾性研究。依据椎弓根轴线方向调整CT多平面重建定位线，重建出椎弓根峡部复合体最狭部的切面断层图像，根据其形态特点将椎弓根峡部复合体最狭部分为3型：1型，“钩”型，其中1a型外径宽度(a1) > 0.4 cm，1b型外径宽度(a1)≤0.4 cm；2型，“类圆/椭圆”型；3型，“横椭圆”型，比较3种分型椎弓根峡部复合体最狭部的外径宽度(a1)、髓腔宽度(a2)、外径高度(d1)、髓腔高度(d2)，评估3种分型椎弓根螺钉的置钉可行性。

结果与结论：①400枚枢椎椎弓根中1型269枚，2型130枚，3型仅1枚。②1型，2型平均外径高度比较差异无显著性意义(P > 0.05)，平均髓腔高度、平均外径宽度及平均髓腔宽度差异均有显著性意义(P < 0.001)；1型，2型平均外径宽度≤0.4 cm数量占比分别为 42例 (15.6%)、 0例 (0.00%)，差异有显著性意义(P < 0.001)；第3型仅1例，外径高度、髓腔高度、外径宽度、髓腔宽度分别为1.20 cm、0.84 cm、0.64 cm、0.31 cm。③结果提示，1a型、2型和3型患者可安全置入枢椎椎弓根螺钉，无需进一步测量评估；1b型患者慎行椎弓根螺钉置入术，因此对于1型需要进一步测量椎弓根峡部复合体最狭部外径宽度，以评估枢椎椎弓根螺钉的置钉可行性。

https://orcid.org/0000-0002-9063-9072 (郝帅)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 枢椎, 椎弓根螺钉, 多平面重组, 椎动脉, X线计算机断层摄影, 并发症

Abstract: BACKGROUND: It has been suggested that CT multiplanar reconstruction should be performed prior to the placement of axial pedicle screws to determine the anatomy of the C2 pedicle in each patient, to design the appropriate screw locus and diameter, and to evaluate the feasibility of screw placement to reduce the incidence of surgery-related complications.
OBJECTIVE: To evaluate the feasibility of axis pedicle screw placement by morphologic classification of pediculoisthmic component with CT multiplanar reconstruction.
METHODS: The CT data of 200 patients (400 axial pedicle screws) with cervical spine were retrospectively studied by using Siemens Syngo.Via software. According to the direction of the axis of the pedicle, the CT multiplanar reconstruction positioning line was adjusted to reconstruct the sectional image of the narrowest part of the pediculoisthmic component. According to its morphological characteristics, the narrowest part of the pediculoisthmic component was divided into three types: type 1, “hook” type: Type 1a outer diameter width (a1)> 0.4 cm, type 1b outer diameter width (a1)≤0.4 cm; type 2, “like circle/ellipse” type; type 3, “horizontal ellipse” type. The outer diameter width of the narrowest part of pediculoisthmic component (d1), medullary cavity width (d2), outer diameter height (a1), and medullary cavity height (a2) were compared among the three types, and the feasibility of pedicle screw placement of the three types was evaluated.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) A total of 400 axial pedicles included 269 cases of type 1, 130 cases of type 2, and 1 case of type 3. (2) The mean external diameter height between types 1 and 2 was not significantly different (P > 0.05). The mean medullary cavity height, mean outer diameter widths, and mean medullary cavity width were significantly different (P < 0.001). There were 42 cases (15.6%) of type 1 and 0 cases (0.00%) of type 2 with mean external diameter width ≤ 0.4 cm, and the difference was significant (P < 0.001). There was only one case of type 3, whose external diameter height, medullary cavity height, outer diameter width and medullary cavity width were 1.20 cm, 0.84 cm, 0.64 cm and 0.31 cm, respectively. (3) These results confirm that axial pedicle screws can be safely inserted in patients with types 1a, 2 and 3, which requires no further measurement and assessment. Pedicle screw insertion should be performed with caution in type 1b patients. Therefore, in type 1 patients, the width of the narrowest outer diameter of the pediculoisthmic component should be further measured to evaluate the feasibility of axial pedicle screw placement.

Key words: axis, pedicle screw, multiplanar recontruction, vertebral artery, X-ray computed tomography, complication

中图分类号:

郝帅, 马迅, 张彦男, 赵浩亮, 柳青青. 枢椎椎弓根峡部复合体最狭部CT重建的形态分型[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(18): 2876-2880.

Hao Shuai, Ma Xun, Zhang Yannan, Zhao Haoliang, Liu Qingqing. Morphological classification of CT reconstruction of the narrowest part of pediculoisthmic component[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(18): 2876-2880.

图/表（结果） 3

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引言

上颈椎后路内固定手术有多种技术，包括椎板钩技术、椎板夹技术、钢丝骨块捆绑固定、经寰枢椎关节面的螺钉固定以及寰枢椎椎弓根钉棒钉板系统固定等，其中椎弓根螺钉内固定技术作为一种刚性固定装置，相较于钢丝骨块捆绑的非刚性固定及同为刚性固定的椎板钩、椎板夹技术具有更为优异的稳定性，因此目前被认为是首选的后路内固定手术方式[1-4]。但由于枢椎椎弓根和椎动脉孔解剖结构的变异性，行枢椎后路椎弓根螺钉内固定术有损伤椎动脉的风险，导致术中大出血、假性动脉瘤及椎基底动脉供血不足，严重者可能导致患者死亡，因此术前评估椎弓根的解剖变异非常重要。
颈椎CT是术前评估上颈椎骨性解剖结构必要的检查手段之一，通过在标准轴位CT上测量枢椎椎弓根宽度，或者在标准矢状位CT上测量椎管内壁外侧3 mm处的峡部高度及侧块内高度可以评估枢椎椎弓根螺钉置入的可行性，但由于枢椎椎弓根轴线与标准轴位线、标准矢状位线存在一定的夹角，可能导致测量误差[5]；此外，通过测量峡部高度及侧块内高度发现是否存在椎动脉高跨情况，其意义最初用于评估经寰枢关节螺钉置入术的可行性[6]，其方法是否适用于评估椎弓根螺钉置入的可行性，尚缺乏研究。
CT多平面重建技术是通过计算机软件调整CT数据冠状位、矢状位及轴位的3条定位线，获得CT任意平面的断层图像进行影像学分析。有研究显示，相较于标准CT轴位，通过CT 多平面重建技术测量能够更为精确地反映椎弓根螺钉钉道最狭窄处形态[6-7]。袁峰等[8]通过CT多平面重建技术测量研究，提出枢椎椎弓根峡部复合体(pediculoisthmic component，PIC)最狭部的概念，即枢椎上下关节突之间的最狭窄部位，通过在影像学软件上调整CT矢状位、轴位及冠状位定位线，获得PIC形态，相较于传统CT平扫更准确地反映椎弓根最狭窄处形态，因此建议术前必须进行CT多平面重建，以确定每个患者C2椎弓根的解剖结构并设计合适的螺钉轨迹和直径。MAKI等[9]采用CT多平面重建技术分析枢椎PIC最狭部的形态，揭示了相较于椎动脉高跨，椎动脉过度内移才是阻碍枢椎椎弓根螺钉置入的关键因素，但仍需要通过测量枢椎椎弓根PIC外径高度、宽度和椎弓根峡处髓腔高度、宽度来评估置钉可行性，并未对椎弓根PIC进行进一步形态分析，且测量数据结果可能受到测量者主观因素的影响。该研究的目的是通过CT多平面重建技术获得PIC最狭部的形态，观察其形态特点并进一步进行形态学分型，以简化枢椎椎弓根螺钉置入的可行性评估程序，为手术计划提供可靠参考。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计观察性研究。组间数据比较采用配对样本t检验或χ2检验，置钉的可行性采用Fisher精确概率法分析。
1.2 时间及地点回顾性分析2022年1-4月于山西医科大学第三医院行颈椎CT检查患者的影像学资料。
1.3 对象
纳入标准：①扫描范围包括颅底至T1；②临床诊断无颅颈交界区畸形、类风湿性关节炎、强直性脊柱炎、枢椎骨折、寰枢椎肿瘤及感染等病变；③图像质量清晰，CT图像层距< 1 mm。
排除标准：①颅颈交界区有明显病变及畸形；②因存在金属义齿导致伪影影响观察；③CT图像层距> 1 mm；④既往有头颈部手术史。
该研究获得山西医科大学第三医院伦理委员会审查批准。所有受试者对资料的采集和用途完全知情同意，并签署了知情同意书。
1.4 仪器采用Optima CT660 64层CT扫描机(西门子公司，德国)行颈椎螺旋CT扫描(管电压120 kV，视野3 mm×310 mm，矩阵512×512，螺距≤1.0 mm，层厚0.75 mm)，扫描范围自颅底至T1。将患者颈椎CT DICOM数据上传至西门子syngo.via影像学处理系统，进行多平面重建。
1.5 方法

1.5.1 CT多平面重建采用西门子syngo.via软件进行PIC最狭部CT多平面重建的方法：①于斜矢状位图像窗口调整矢状位定位线与椎弓根长轴重合，获得枢椎椎弓根斜轴位图像；②于斜轴位图像窗口调整轴位定位线与椎弓根长轴重合，获得斜冠状位图像；③再调整斜轴位图像窗口的冠状位定位线于PIC最狭部，获得PIC最狭部斜冠状位图像，见图1。

1.5.2 PIC最狭部形态分型观察PIC最狭部断层图像的形态，根据形态特点分为3型(图2，3)：1型，“钩”型：椎弓根截面呈鱼钩状，外侧边界向髓腔凹陷，根据外径宽度(a1)分为1a型外径宽度(a1) > 0.4 cm，1b型外径宽度(a1)≤0.4 cm；2型，“类圆/椭圆”型：椎弓根截面边界呈圆形或椭圆形，髓腔明显；3型，“横椭圆”型：椎弓根截面边界呈横向圆形或椭圆形，髓腔较为明显。

1.5.3 PIC最狭部切面断层图像的测量测量并对比所有患者PIC最狭部切面断层图像的外径高度(d1)、髓腔高度(d2)、外径宽度(a1)及髓腔宽度(a2)。根据MAKI等[9]提出的标准，a1≤0.4 cm不适合安全置入枢椎椎弓根螺钉，比较上述3型PIC最狭部置钉可行性。所有数据由2名骨科医师测量，取平均值计入统计。
1.6 主要观察指标 3种分型PIC最狭部的外径宽度(a1)、髓腔宽度(a2)、外径高度(d1)、髓腔高度(d2)。
1.7 统计学分析数据采用IBM SPSS 21.0软件进行统计学分析，计量资料以x±s表示，计数资料采用百分比表示，组间测量参数比较采用配对样本t检验或χ2检验，置钉的可行性比较采用Fisher精确概率法分析，P < 0.05为差异有显著性意义。文章的统计学方法已经山西白求恩医院骨科统计学专家审核。

讨论

3.1 既往相关研究的局限性椎弓根螺钉被广泛用于治疗各种颈椎疾病，被认为是颈椎最强的内固定装置[10-11]。然而枢椎解剖变异可能导致在置入枢椎椎弓根螺钉时损伤椎动脉，引起术中大出血、动静脉瘘、脑缺血甚至死亡等严重并发症[12-13]。椎动脉V2段起自C6横突孔下缘，至C2横突孔上缘，其头端离开C2横突孔时走行在枢椎骨质内，向内、向上挤压枢椎骨质，形成椎动脉沟[9]。近年来有学者通过3D打印技术重建枢椎模型用于枢椎椎弓根螺钉术前规划[14-15]，但受限于模型材料的不透明性。因此难以在术中从外部观察到C2椎动脉沟的形态，亦难以判断枢椎椎弓根的宽度是否满足置钉条件。
既往有学者对椎动脉与枢椎解剖关系进行了深入的研究。LEE等[16]以通过CT冠状位观察枢椎段椎动脉最突出部分与C3横突孔垂线、枢椎横突孔出口水平线的位置关系，将枢椎段椎动脉分为外侧偏移(L)、垂直进入(N)和内侧偏移(M)3种以及分为枢椎横突孔下方(B)、两者之间(W)和上方(A)3种，但该分型没有对枢椎椎弓根宽度进行研究。王建华等[17]通过分析患者颈部动脉造影CT将枢椎椎动脉孔分为松散低拐型、紧密高拐型、紧密低拐型和松散高拐型4型，并且认为由于紧密高拐型椎动脉严重向内、向上挤压枢椎椎弓根，被认为是枢椎椎弓根螺钉置入术的禁忌，该分型单纯基于二维X射线图像的测量，但椎动脉走行具有三维特点。既往有学者通过CT平扫图像来评估椎动脉高跨及枢椎椎弓根宽度，但由于枢椎椎弓根轴线与标准轴位线、标准矢状位线存在一定的夹角，且容易受患者体位及CT层厚、间距等数值的影响，这些因素都可能导致测量误差[5-7，13]。
3.2 CT多平面重建PIC最狭部的优势通过CT多平面重建技术重建PIC最狭部截面，克服了标准CT轴位与椎弓根轴线不相符的缺点，通过计算机软件调整颈椎CT矢状位、冠状位定位线，即可获得枢椎PIC最狭部的斜冠状位图像，该图像能够真正地反映枢椎椎弓根最狭窄部位情况，不仅可以判定椎弓根置钉的可行性，还能为螺钉型号选择以及明确置钉角度提供参考。张力等[18]通过对比CT多平面重建技术与CT标准水平轴位测量评估方法测量PIC最狭部直径，发现CT标准水平轴位测量评估方法存在误差，导致误判或漏判置钉可行性的问题。张艳等[19]通过CT多平面重建技术重建枢椎椎弓根斜冠状位截面，利用GE AW4.5工作站 reformat功能制作模拟螺钉直径4 mm的标定圆用于模拟螺钉截面，观察其与枢椎椎弓根斜冠状位截面的包容关系来评估置钉可行性，发现CT多平面重建技术可以明确显示椎弓根螺钉与椎动脉的位置关系，从而准确评估置钉可行性。YUAN等[20]通过CT多平面重建PIC最狭窄部，测量该处的平均中央宽度为(6.9±2.18) mm，并将PIC最峡部分为“部分管状型”和“薄壁型”两型，但未对PIC最狭部进行更为细致的分型，且不同研究者在测量时因主观因素影响，测量结果难免出现误差。
此次研究通过观察PIC最狭部形态特点，发现该处形态可进一步细化为3种分型：1型，“钩”型；2型，“类圆/椭圆”型；3型，“横椭圆”型，其中1型根据外径宽度(a1)大小可进一步分为1a型(a1 > 0.4 cm)和1b型(a1≤0.4 cm)，并通过测量外径宽度，发现2型和3型外径宽度均> 0.4 cm，髓腔宽度相对较大，可安全容纳直径为3.5 mm的椎弓根螺钉，因此对于2型、3型的椎弓根，术前术者仅需要通过观察PIC最狭部形态为“圆形”“椭圆形”及“横椭圆形”，则无需测量各项参数即可准确评估置钉可行性。此次研究中1型外径宽度> 4 mm(1a型)和≤4 mm(1b型)者各为227例(84.4%)和42例(15.6%)，因此对于1型需要进一步测量外径宽度，以准确评估置钉可行性。对于PIC最狭部外径宽度≤4 mm的患者(1b型)，因螺钉突破椎弓根外侧壁的风险较大，慎行椎弓根螺钉置入术，建议采用其他内固定方式如枢椎椎板螺钉[21]、Pars螺钉等[22-23]，或者采用“in-out-in”技术降低损伤椎动脉风险[24-25]。3型形态为横椭圆，通过观察发现其椎动脉孔位于外上方，不同于大多数椎动脉孔位于椎弓根外下方[9]，因此在置入椎弓根螺钉时钉道不可过于偏向外上侧，以避免损伤椎动脉。
3.3 此次研究局限性 ①此次研究仅为影像学研究，不能完全反映术中真实情况，WU等[26]报道通过Mimics 19.0软件模拟C2椎弓根螺钉置入椎动脉损伤发生率为35.3%，而陈长青等[27]采用后路复位内固定术治疗96例上颈椎骨折脱位患者术中仅6例发生椎动脉损伤(6.25%)。SANELLI等[28]研究证实椎动脉相对于横孔的大小有明显变化，椎动脉占横孔的8%-85%，故分析其原因，可能是螺钉虽穿入横突孔，但仅仅为推压椎动脉，并未造成椎动脉损伤，因此还需要进一步进行尸体研究。②此次研究没有将椎动脉形态纳入研究当中，对于一侧椎动脉闭塞的情况，可以不考虑椎弓根形态而行椎弓根螺钉置入术，因此术前需要完善椎动脉数字减影血管造影或CT血管造影检查以进一步明确椎动脉的走行、直径以及是否存在闭塞情况；③3型PIC最狭部仅为1例，无法纳入统计学分析，因此研究尚需进一步扩大样本量；④各PIC最狭部分型椎弓根轴线外倾角是否具有统计学差异，尚需进一步研究。
综上所述，通过CT多平面重建测量法获得PIC最狭部并观察其形态学分型，是术前评估枢椎椎弓根螺钉置钉可行性简单、准确的方法。对于1a型、2型及3型椎弓根可安全置入椎弓根螺钉，无需进一步测量评估；1b型因外径宽度较小，选择椎弓根螺钉置入术需慎重，因此对于1型需要进一步测量外径宽度，以评估置入椎弓根螺钉的可行性。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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