根据腰椎神经根解剖结构确定重建人工椎体椎弓根螺钉的置钉位置

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1112

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

人工椎体：目前广泛应用于脊柱肿瘤、结核，以及严重爆裂性的椎体骨折。人工椎体根据其结构差异分为支撑固定型、可调固定型及自固定型3种。

人工椎体椎弓根钉的放置：人工椎体上椎弓根螺钉的设计需避免对腰椎神经根的牵拉、刺激和磨损。由于椎体全部切除后，神经根的走向已完全没有骨性的解剖标志。人工椎体椎弓根钉的放置不但不能卡压神经根，也尽量不要牵拉神经根。人工椎体的椎弓根螺钉与后方钉棒结构连成一体，因此探讨上下椎弓根连线上的神经根位置，在原椎弓根处重建椎弓根螺钉可以确定人工椎体椎弓根螺钉的安全位置。

摘要

背景：对于全后路椎体切除术后重建脊柱结构的完整性，人工椎体无疑是最好的选择。但目前椎体与椎弓根之间没有连接结构，常常发生椎体的移位，带来严重的并发症。

目的：探索腰椎神经根解剖位置对人工椎体椎弓根螺钉放置的影响。

方法：选取10具新鲜冷冻的尸体，排除重大的腰椎疾病及手术史。切除椎板、部分椎弓根和黄韧带，标记并测量解剖位置，探索椎弓根钉的最佳位置。

结果与结论：①所测量椎体之间的高度各不同，各椎体之间差异有显著性意义(P < 0.05)；②但在椎弓根连线上，神经根中点与上位椎体下终板及下位椎体上终板之间的比率恒定，男女之间差异无显著性意义(P > 0.05)，L₁_-₅节段之间差异也无显著性意义(P > 0.05)；③腰椎椎体完全切除后，腰椎人工椎体椎弓根螺钉的最佳置钉位置在神经根中点与上位椎体下的中心，即人工椎体高度的中上1/3左右。

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
ORCID: 0000-0002-6007-0436(顾剑华)

关键词: 腰椎, 解剖, 骨钉, 假体植入, 组织工程

Abstract:

BACKGROUND: Artificial vertebra is the best choice for the reconstruction of the spinal structure after posterior total laminectomy. However, there is no connection between the vertebral body and the vertebral pedicle, and vertebral body displacement often occurs, resulting in serious complications.

OBJECTIVE: To explore the effect of anatomical position of lumbar nerve root on the pedicle screw placement of the artificial vertebral body.

METHODS: Ten fresh frozen cadavers were selected, excluding major lumbar diseases and operation history. After the laminectomy and removal of partial pedicle and ligamentum flavum, we marked and measured the anatomical position. The best position of pedicle screw was explored.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The height of the vertebral body measured was significantly different (P < 0.05). (2) However, on the pedicle line, the ratio of the distance between the midpoint of the nerve root to the lower endplate of the upper vertebral body and the upper endplate of the lower vertebra was constant. There was no significant difference between males and females (P > 0.05). There was no significant difference among L₁_-₅ segments (P > 0.05). (3) After complete laminectomy, the best position of the lumbar pedicle screw is at the center of the middle of the nerve root and the lower endplate of the upper vertebral body, that is, the middle and upper 1/3 of the height of the artificial vertebral body.

Key words: Lumbar Vertebrae, Dissection, Bone Nails, Prosthesis Implantation, Tissue Engineering

中图分类号:

R445

顾剑华，石志才. 根据腰椎神经根解剖结构确定重建人工椎体椎弓根螺钉的置钉位置[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(12): 1829-1833.

Gu Jianhua, Shi Zhicai . Placement position of artificial vertebral pedicle screws based on the anatomical structure of lumbar nerve roots [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(12): 1829-1833.

图/表（结果） 4

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引言

材料方法

1.1 设计 尸体解剖观察实验。

1.2 时间及地点 于2018年1至2月在海军军医大学解剖学教研室完成。

1.3 材料 选取10具新鲜冷冻尸体，由海军军医大学解剖学教研室提供，室温下解冻12 h后再行解剖。10具尸体中男5例，女5例；年龄56-78岁，平均年龄62.2岁。生前无重大脊柱疾病史，无腰椎手术史。实验方案得到医院伦理委员会批准。

1.4 方法 取俯卧位，平卧于尸体解剖台上。取腰椎棘突表面正中切口切开皮肤、脂肪以及筋膜层，直至棘突。用Cobb剥离器紧贴骨面于骨膜下剥离椎旁肌，显露椎板和关节突关节。左右剥离直至横突，上剥离至T₁₁椎体，下剥离至骶骨。尖头刀寻找棘突间间隙，向背侧切断棘间韧带和棘上韧带。寻找椎弓根，并在椎弓根的上方下方外侧分别用骨刀凿开。切断腰椎的棘间棘上韧带，将腰椎棘突椎板椎弓根用骨凿凿断。去除黄韧带小关节囊等结构，保护好硬脊膜以及腰椎神经根等结构。进一步凿平椎弓根，高度平椎体后缘。完整取下棘突椎板及部分椎弓根结构。小心保护硬膜囊及神经根。以直尺测量各标记点并记录下来。仔细辨认并结合探针寻找椎间盘，确认椎体的上下终板的位置。寻找椎弓根的中心，将同一侧腰椎5根椎弓根的中心做一连线。神经根与腰椎椎弓根连线的交点向上测量至上位椎体下终板与椎弓根连线的交点的距离，标记为a；神经根与椎弓根连线交点向下测量至下位椎体上终板与椎弓根连线的交点的距离，标记为b。将该椎体的上下两片看作是等距的，那么整个椎体可以看作是一个等腰梯形。矢状位上a的中点投射到人工椎体的位置即人工椎弓根的最佳位置，用c来表示，该中点到下终板的距离用d表示。测量c/d，并按不同的节段进行比较。

1.5 主要观察指标 观察各节腰椎椎体的大小，腰椎椎弓根与硬脊膜以及腰椎神经根之间的解剖位置关系。

1.6 统计学分析 运用SPSS 19.0统计学软件对所测量得到的数据进行分析。对测量得到的结果数据分为L₁_-₅椎体组、男女组，2组之间采用独立样本的t 检验，观察不同的性别之间是否存在差异；不同的节段之间运用ANOVA方差分析进行检验。均以α=0.05作为检验标准。

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

讨论

人工椎体目前广泛应用于脊柱肿瘤、结核，以及严重爆裂性的椎体骨折，其发生发展可以追溯到20世纪70年代。人工椎体根据其结构差异分为支撑固定型、可调固定型、自固定型3种^[3]。对于颈椎而言，前路人工椎体+前路锁定钢板固定即可获得牢固而稳定的重建。胸椎和腰椎则不然，单纯前路不能获得良好的重建，往往需要联合后路的上下相邻椎体节段的固定。前后路的联合手术和内固定给患者带来了巨大的创伤和痛苦，使很多患者无法耐受。随着手术技术的改进和器械的发展，单纯后路行全椎体切除已成为可能，并非常广泛的开展。后路放置钛笼或可撑开调节型的人工椎体^[4-6]，并结合上下椎体的钉棒结构，即能完成手术。这样的手术学习曲线长，对手术者的手术技术要求很高，但已经在部分医院开展并取得一定良好的效果^[7]。但是，这样的手术也会带来很多并发症，一旦发生都是灾难性的^[8]。de Ruiter等^[9]报道60例可膨胀人工椎体，早期的并发症发生钛笼的移位1例，晚期(30 d以后)发生结构崩溃2例。钛笼的下沉、椎体的移位以及钉棒结构的断裂都是灾难性的后果^[10]。腰椎矢状位上的结构是前面宽、后面窄的结构，人工椎体安装后有向前移位的趋势，向前移位损伤大血管，向后移位跑入椎管，后果不堪设想，单纯的植入物的并发症高达25%^[11-12]。依据Dennis的三柱理论，这样的固定仅仅是后柱的固定，前柱和中柱的力量薄弱，游离在上下椎体之间的人工椎体容易移位，因此并发症难以避免^[13]。可膨胀椎体的骨融合率不高，尤其是单纯后路的可膨胀椎体，最直接的原因是椎体的微动和移位，降低了融合率。为提高融合率甚至有学者建议行游离腓骨植骨融合固定，这为手术增加了难度，给患者带来了更大的创伤^[14-15]。国内Fan等^[16]行40例肿瘤切除重建时发现预防假体下陷和松动的办法是跟上下椎弓根钉连在一起。

事实上，前路手术或前后联合入路手术对脊柱的前柱和中柱的稳定性疗效非常确切。前路的手术可以在充分的暴露和良好的视野下，将人工椎体放置在最佳的位置上，减少椎体移位和下沉的风险。此外，前路椎体上附加钢板或钉棒结构可以进一步加强前柱的稳定性。但是，前路手术或前后联合手术的创伤太大。接受全椎体切除的患者多数是肿瘤、感染或爆裂骨折的患者，前后联合入路手术创伤巨大，带来很多并发症，因此需要尽可能少的变换体位^[9]。因此，改良现有的人工椎体，安装椎弓根钉样的结构，与后方的钉棒结构连成一体，可以有效保障人工椎体位置的稳定性，提高融合率，减少并发症。

解剖上，胸椎向后凸起，位置表浅，肋间神经的损伤或切除对患者的影响不大，但腰椎的生理曲度决定了位置深在，且腰椎的神经根不能切断，甚至不能损伤或牵拉，因此腰椎的人工椎体的安装难度大，风险高。腰椎椎体全切除后，已无明显的骨性标记可寻，因此有必要搞清楚神经根在椎体后方的解剖位置，以及椎体全部切除术后神经根的走向。人工椎体上的椎弓根螺钉的设计需避免对腰椎神经根的牵拉、刺激和磨损。由于椎体全部切除后，神经根的走向已完全没有骨性的解剖标志。人工椎体椎弓根钉的放置不但不能卡压神经根，也尽量不要牵拉神经根。人工椎体的椎弓根螺钉跟后方钉棒结构连成一体，因此探讨上下椎弓根连线上的神经根位置，在原椎弓根处重建椎弓根螺钉可以确定人工椎体椎弓根螺钉的安全位置。作者在测量中发现，所需椎体的高度(即该椎体高度加上相邻2个椎间盘的总和)因人而异，男性高于女性，L_2/3比其他几节更高一些。而a/b(即椎弓根连线上，神经根距上位椎体下终板与下位椎体上终板的距离)在性别、不同节段之间差异无显著性意义，即相对恒定，平均2.4左右。把人工椎体看做是一个等腰梯形，那么投射到梯形底边投影距离的比例也是恒定的，即c/d的距离，经过公式换算，最终获得近似1∶2。因此，从人工椎体的上1/3左右引出椎弓根螺钉较安全，即位于该节段和上位神经根的中点位置。

腰椎的椎弓根横径粗大，并且在L₁_-₅呈逐节增粗的趋势，这在影像学研究上已经有很多结论^[17-19]。陈家强等^[20]在尸体上测量出的椎弓根均远比一般椎弓根螺钉粗，与作者测量出的结果一致，因此也有按骨性凸起判断腰椎置钉的部位和方向^[21]。近年来，腰椎椎间孔镜神经根的解剖较多，通过解剖分析寻找所谓的安全三角^[22-24]，并在这样空间内游刃有余而不伤及神经^[25-27]。而作者研究的范围还包括椎弓根位置，可以视为上下神经根和硬脊膜外侧的菱形结构，在这样的菱形结构中，找到该形状的中点，即到4条边的最大内接圆的半径就是最安全的距离。腰椎椎弓根上方与上位节段的神经根相毗邻，下方有该节段的神经根穿过，内侧为硬脊膜结构。神经与椎弓根之间有疏松结缔组织填充。此次研究的解剖与文献基本一致，观察到该节段比上位节段与椎弓根更加贴近。因此，重建的人工椎体的椎弓根钉应当在椎弓根中心的位置。作者设计的人工椎体可以拆分后在椎体位置重新组装，而连接在椎体上的椎弓根螺钉不仅决定了椎体的稳定性，同时也将受神经根位置的影响。作者研究人工椎体上椎弓根螺钉的安全位置，即寻找稳定固定人工椎体的安全三角。当然解剖位置可能受个体差异的影响，椎弓根钉的位置也不是千篇一律的，做成可以上下左右微调摆动的可能更好的适用于不同患者。

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