青少年中上胸椎的影像解剖学特点

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.09.013

中国组织工程研究 ›› 2014, Vol. 18 ›› Issue (9): 1386-1391.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2014.09.013

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

青少年中上胸椎的影像解剖学特点

张志峰¹，史君²，魏晶³，王星⁴，郑雷刚⁵，霍洪军¹，李志军⁴

内蒙古医科大学第二附属医院，¹关节科，³手外科，内蒙古自治区呼和浩特市 010030；内蒙古医科大学基础医学院，²生理教研室，⁴人体解剖教研室，内蒙古自治区呼和浩特市 010110；⁵内蒙古自治区中医院骨科，内蒙古自治区呼和浩特市 010020

出版日期:2014-02-26 发布日期:2014-02-26
通讯作者: 霍洪军，硕士，教授，硕士研究生导师，内蒙古医科大学第二附属医院脊柱外科，内蒙古自治区呼和浩特市 010030
作者简介:张志峰，男，1980年生，硕士，医师，主要从事关节置换方面基础与临床研究。
基金资助:
国家自然科学基金(81260269)，内蒙古自治区自然科学基金(2012MS1149)，内蒙古医科大学青年创新基金(YKD2013QNCX018)

Radiographic anatomy features of teenagers’ upper-middle thoracic vertebrae

Zhang Zhi-feng¹, Shi Jun², Wei Jing³, Wang Xing⁴, Zheng Lei-gang⁵, Huo Hong-jun¹, Li Zhi-jun⁴

¹Joint Surgical Department, ³Department of Hand Microsurgery, The Second Affiliated Hospital, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010030, Inner Mongolia Autonomous Region, China; ²Physiological Teaching and Research Section, ⁴Teaching and Research Section of Human Anatomy, Basic Medical College, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010110, Inner Mongolia Autonomous Region, China; ⁵Department of Orthopedics, Inner Mongolia Hospital of Traditional Chinese Medicine, Hohhot 010020, Inner Mongolia Autonomous Region, China

Online:2014-02-26 Published:2014-02-26
Contact: Huo Hong-jun, Master, Professor, Master’s supervisor, Joint Surgical Department, The Second Affiliated Hospital, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010030, Inner Mongolia Autonomous Region, China
About author:Zhang Zhi-feng, Master, Physician, Joint Surgical Department, The Second Affiliated Hospital, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010030, Inner Mongolia Autonomous Region, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 81260269; the Natural Science Foundation of Inner Mongolia Autonomous Region, No. 2012MS1149; the Youth Innovation Foundation of Inner Mongolia Medical University, No. YKD2013QNCX018

摘要/Abstract

摘要：

背景：处于发育高峰的青少年和成人骨骼情况存在较大差异，若以成人的标准去置钉青少年群体则有较大危险性。
目的：观测青少年中上胸椎影像解剖学特点，为青少年中上胸椎经椎弓根置钉及经椎弓根-肋头单元置钉提供实验依据。
方法：将30例无脊柱区病变青少年(13-18周岁)T₁-T₁₂节段行CT扫描(0.625-1.25 mm)后，原始数据以DICOM格式导入三维重建软件进行相关指标测量，按不同节段进行统计分析。
结果与结论：椎弓根宽和椎弓根-肋头单元宽的总体走势接近，均呈“V”型，最小值位于T₄处，并且两者之间相对应椎体的差异有显著性意义(P < 0.05)；椎弓根钉道长度和椎弓根-肋头单元钉道长度之间其走势基本一致，均呈逐渐递增趋势，最小值为T₁，最大值位于T₁₀处，二者之间相对应的椎体间差异均有显著性意义(P < 0.05)；椎弓根横断面角与椎弓根-肋头单元横断面角的走势相似，T₁-T₁₀总体也呈下降趋势，并且与各相应椎骨间差异均有显著性意义(P < 0.05)；椎弓根矢状面角与椎弓根-肋头单元矢状面角的曲线走势基本相近，均呈波浪型，并且与各相应椎骨间差异均有显著性意义(P < 0.05)。提示相同节段的椎弓根-肋头单元可以提供较椎弓根相对安全的置钉钉道。

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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关键词: 植入物, 数字化骨科, 胸椎, 椎弓根, 椎弓根-肋头单元, 三维重建, 影像测量, 螺钉植入, 青少年, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: The conditions of teenager and adult skeletons have great differences. Thus, it is dangerous to place screw on teenagers using the methods for adults.
OBJECTIVE: To observe the anatomical features of teenagers’ upper-middle thoracic vertebra images, and to provide experimental basis for pedicle nailing and pedicle-rib head unit nailing in teenagers’ upper-middle thoracic vertebrae.
METHODS: We chose 30 teenagers (13 to 18 years old) without spine lesions, and then they were scanned (0.625-1.25 mm) from T1 to T₁₂segments using CT. The original data were loaded into a three dimensional software in DICOM format for measuring related indicators. At last, we analyzed the data according to different segments.
RESULTS AND CONCLUSION: The trend between the width of pedicle and pedicle-head unit was similar,
showing a “V” shape. The minimum of width was located in the T₄, and there were significant differences between the corresponding vertebral bodies (P < 0.05). The trend between pedicle nail road length and pedicle-rib head unit nail road length was similar, and the trend between them was gradually increasing. The minimum of length was located in T₁, and the maximum of length was located at T₁₀, and there were significant differences between the corresponding vertebral bodies (P < 0.05). The trend between the pedicle transverse angle and pedicle rib-head unit transverse angle was similar. The trend from T₁ to T₁₀ was on a decline, and there were significant differences in corresponding vertebrae (P < 0.05). The trend of curves between pedicle sagittal angle and pedicle rib-head unit sagittal angle was similar, showing a wavy shape, and there were significant differences in corresponding vertebrae (P < 0.05). These results confirmed that the same segmental pedicle rib-head unit can provide a safer nailing place than the pedicle relatively.

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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Key words: thoracic vertebrae, image processing, computer-assisted, bone nails, prostheses and implants

中图分类号:

R318

张志峰，史君，魏晶，王星，郑雷刚，霍洪军，李志军. 青少年中上胸椎的影像解剖学特点[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(9): 1386-1391.

Zhang Zhi-feng, Shi Jun, Wei Jing, Wang Xing, Zheng Lei-gang, Huo Hong-jun, Li Zhi-jun. Radiographic anatomy features of teenagers’ upper-middle thoracic vertebrae[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(9): 1386-1391.

图/表（结果） 4

经统计学分析，所有参与者左、右侧椎弓根宽、椎弓根-肋头单元宽、椎弓根钉道长度、椎弓根-肋头单元钉道长度、椎弓根横断面角、椎弓根矢状面角、椎弓根-肋头单元横断面角和椎弓根-肋头单元矢状面角差异均无显著性意义(P > 0.05)，故将左右侧合并分析。

2.1 椎弓根宽和椎弓根-肋头单元宽的变化 椎弓根宽在T₁-T₁₀呈“V”型的变化趋势，T₄最窄，T₁最宽，从T₁至T₄患者逐渐减小，而从T₄至T₁₀患者逐渐增大，但变化曲线均较缓，其中T₁与T₂_-₈，T₂与T₄_-₆和T₉_-₁₀，T₃与T₉_-₁₀，T₄_-₅与T₇_-₁₀，T₆与T₈_-₁₀差异均有显著性意义(P < 0.05)，其余胸椎两两比较差异无显著性意义(P > 0.05)；椎弓根-肋头单元宽在T₄最小，T₁₀最大，但相差不足3 mm，且从T₁至T₄患者逐渐减小，而从T₄至T₁₀患者逐渐增大，整体变化曲线也呈“V”型，其中T₁_-₂与T₃_-₈，T₃_-₇与T₈_-₁₀，T₈与T₉_-₁₀差异均有显著性意义(P < 0.05)，其余胸椎两两比较差异无显著性意义(P > 0.05)，且椎弓根宽与椎弓根-肋头单元宽的曲线变化趋势相近，但两者之间相对应椎体的差异有显著性意义(P < 0.05；表1)。

2.2 椎弓根钉道长度和椎弓根-肋头单元钉道长度的变化 椎弓根钉道长度在T₁处最小，T₁₀最大，整体呈逐渐递增趋势，其中T₁与T_2-10，T₂与T_4-10，T₃与T_5-10，T_4-5与T_6-10，T_6-7与T_9-10，T₈与T₁₀间差异均有显著性意义(P < 0.05)，其余差异均无显著性意义(P > 0.05)。在椎弓根-肋头单元钉道长度中其走势与椎弓根钉道长度基本一致，也是呈逐渐递增趋势，最小值为T₁，值为38.29 mm左右，而最大值位于T₁₀处，值为53.06 mm左右，两者之间相差14 mm左右，其中T₁与T_2-10，T₂与T_3-10，T₃与T_5-10，T₄与T_5-10，T₅与T_7-10，T₆ 与T10间差异均有显著性意义(P < 0.05)，其余差异均无显著性意义(P > 0.05)，并且其与椎弓根钉道长度之间相对应的椎体间差异均有显著性意义(P < 0.05，表2)。

2.3 椎弓根横断面角和椎弓根-肋头单元横断面角的变化 椎弓根横断面角从T₁-T₁₀总体呈下降趋势，其中T₁值处最大达21.36°，而T₁₀最小仅为3.53°，其中T₁_-2与T₃_-10，T₃与T₄_-10，T₄与T₅_-10，T₅与T₆_-10，T₆_-7与T₈_-10，T₈与T₉_-10间差异均有显著性意义(P < 0.05)，其余差异均无显著性意义(P > 0.05)；椎弓根-肋头单元横断面角与椎弓根横断面角的走势相似，T₁-T₁₀总体也呈下降趋势，在T₅-T₁₀相差较小，总体走势较平缓，其中T₁与T₂_-10，T₂与T₃_-10，T₃与T₅_-10，T₄与T₇_-10，T₅与T₉_-10间差异均有显著性意义(P < 0.05)，其余差异均无显著性意义(P > 0.05)，并且与椎弓根横断面角的各相应椎骨间差异均有显著性意义(P < 0.05，表3)。

2.4 椎弓根矢状面角和椎弓根-肋头单元矢状面角的变化 椎弓根矢状面角从T₁-T₁₀值总体呈波状递减趋势，T₁最大达22.50°，T₁₀最小仅11.38°，其中T₁与T₂_-₁₀，T₂与T₃_-₁₀，T₃与T₄_-₁₀，T₄与T₅_-₁₀，T₆与T₇_-₁₀，T₇与T₈_-₁₀，T₈与T₉_-₁₀，T₉与T₁₀间差异均有显著性意义(P < 0.05)，其余间差异均无显著性意义(P > 0.05)；椎弓根-肋头单元矢状面角与椎弓根矢状面角的曲线走势基本相近，也呈波浪型，在T₅-T₁₀之间曲线变化明显，其中T₁与T₂_-₁₀，T₂与T₄_-₁₀，T₃与T₅_-₁₀，T₄与T₇_-₁₀，T₅与T₆和T₈_-₁₀，T₆_-₇与T₈_-₁₀，T₈_-₉与T₁₀间差异均有显著性意义(P < 0.05)，其余间差异均无显著性意义(P > 0.05)，并且与椎弓根矢状面角之间(除T₁₀)各相应椎骨间差异均有显著性意义(P < 0.05，表4)。

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引言

材料方法

设计：临床影像学分析。

时间及地点：实验于2009年9月至2012年9月在内蒙古医科大学第二附属医院影像科完成。

对象：2009年9月至2012年9月在内蒙古医科大学第二附属医院就诊的青少年。

纳入标准：①脊柱区无病变。②年龄13-18周岁。③患者及家属了解实验目的，并签署知情同意书。

排除标准：存在其他骨折、畸形、结核等脊柱疾病者。

纳入30例无脊柱区病变青少年，男、女各15例，平均(15.3±1.66)岁。

方法：

扫描方法：受试者取中立仰卧位，身体长轴与机床平行，双臂自然下垂，尽量取水平位，采取头进位。

仪器：GE Light QX/I16排螺旋CT购自美国GE公司。

扫描范围及层厚：扫描范围为T₁-T₁₂，扫描线与身体中轴线垂直，扫描参数：扫描层厚 1.25 mm，扫描间距1.25 mm，重建层厚 0.625 mm，重建间距0.625 mm，视窗30× 30 cm，矩阵512×512 dpi，球管电压150 kV，电流260 mA。

原始数据处理：将扫描后的原始数据以DICOM格式导入计算机，依托内蒙古医科大学数字医学中心，利用Mimics 15.0三维重建软件(比利时Materialise公司)行后处理并测量。椎弓根宽：椎弓根内外皮质外缘之间最短距离(图1A)。椎弓根-肋头单元横径：椎弓根内侧壁与肋头外侧皮质间的最短距离(图1A)。椎弓根钉道长度：椎弓根进钉点外侧皮质沿椎弓根长轴达椎体前缘皮质的距离(图1B)。椎弓根-肋头单元钉道长度：指螺钉经椎弓根-肋头单元进钉的最大长度，多从横突末端后缘沿椎弓根-肋头单元中轴线，至椎体前方皮质后缘的距离(图1B)。椎弓根横断面角：椎弓根中轴与矢状面夹角，即临床所指外偏角(图1C)。椎弓根-肋头单元横断面角：椎弓根-肋头单元宽中轴与矢状面夹角(图1C)。椎弓根矢状面角：椎弓根长轴与椎体水平面上在尾侧形成的夹角，即临床所指尾偏角(图1D)。椎弓根-肋头单元矢状面角：椎弓根-肋头单元中轴与椎体上平面在尾侧形成的夹角(图1D)。

主要观察指标：青少年胸椎椎弓根宽、椎弓根-肋头单元横径、椎弓根钉道长度、椎弓根-肋头单元钉道长度、椎弓根横断面角、椎弓根-肋头单元横断面角、椎弓根矢状面角和椎弓根-肋头单元矢状面角。

统计学分析：数据采用SPSS 13.0统计软件分析，结果以x(_)±s表示，各椎侧别间采用配对样本t 检验；同一测量指标不同椎序变化的比较采用多样本均数比较的方差分析，多样本均数的两两比较选用SNK方差分析；同一椎骨的2个指标间采用配对t 检验。确立检验水准α=0.05，以P < 0.05为差异有显著性意义。

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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讨论

椎弓根是脊柱的“力核”，经椎弓根螺钉内固定是脊柱外科最常用的固定术之一^[17-19] ，从胸椎椎弓根的解剖形态学上看，其横径较小，毗邻重要神经、血管、脏器，尤其在中上段胸椎经椎弓根螺钉内固定时具有极大危险性^[20-21] ，在成人T₃-T₇椎弓根横径的均值都小于5.0 mm，其中T4最窄，仅2.88 mm^[22] 。Gilbert等^[22]测量特发性脊柱侧凸患者的胸椎椎弓根直径结果显示；在侧凸患者凹侧椎体的椎弓根非常狭细。在此类患者中采用经椎弓根螺钉内固定有可能面临脊髓、胸膜等损伤的灾难性后果，不仅如此，椎弓根皮质的不完整会严重影响其相应生物力学稳定性；韦兴等^[23]研究发现不完整椎弓根骨皮质螺钉抗拔出力会明显降低，椎弓根侧壁的破坏会导致其三维稳定性下降。目前经椎弓根螺钉内固定已是脊柱手术中最重要的方法^[24-25] ，但中上胸椎相对较小的椎弓根直径会时常带来使用安全上的争议，在凹侧椎弓根较凸侧小的同时，其椎弓根-肋头单元较凸侧宽很多，这样经椎弓根螺钉内固定置入困难的问题恰能被经椎弓根-肋头单元螺钉置入所替代。面对经椎弓根螺钉内固定的技术难题，学者们对椎弓根外螺钉置入进行了研究^[26-28] 。Husted等^[28]提出在胸椎可采用相对安全的椎弓根-肋头单元椎弓根外螺钉的内固定方法，此后国际上一些学者研究发现椎弓根-肋头单元的解剖结构比胸椎椎弓根更适合螺钉置入^[29] ；但经椎弓根-肋头单元螺钉置入的研究主要集中在成年人，青少年经椎弓根-肋头单元螺钉置入的解剖学研究报道较成人少。
3.1 关于椎弓根钉道宽与椎弓根-肋头单元钉道宽 经椎弓根螺钉置入中允许置入螺钉的最大直径主要取决于椎弓根横径^[30] ，螺钉直径一定要比椎弓根横径小，否则骨皮质就会破裂。随着椎弓根-肋头单元的提出和临床应用，目前此技术在成人较为成熟，而有关处于发育高峰的青少年群体的研究相对较少，作者通过测量青少年(13-18周岁)胸椎椎弓根横径和椎弓根-肋头单元的宽度与中国人成年组对比后^[31-32] ，发现两者总变化趋势近似，在青少年组各值较成年组明显小，也就是说青少年的各项测量指标随年龄增加而逐渐递增，因而在临床应用螺钉内固定时应因龄而采用个体化置钉方法。经椎弓根-肋头单元置入的螺钉直径主要依据椎弓根-肋头单元的宽度^[33]，应用此法时螺钉大小应适宜，过小过大均影响其生物力学稳定性。椎弓根-肋头单元的宽度随着年龄的增长而增大，故螺钉直径要“因龄而异”。
3.2 关于椎弓根钉道长度与椎弓根-肋头单元钉道长度的选择 经椎弓根螺钉的长度取决于钉道长度，螺钉的实际长度应小于其理论长度，过长的螺钉穿出椎体会引起副损伤而造成风险，选用过小的螺钉固定不会收到理想的生物力学固定效果；在成人，螺钉进入钉道长度的80%深度既能保证足够的把持力，又减少了不应有的危险，钉道长度也是随年龄而递增的。选择椎弓根-肋头单元螺钉长度时也是同样的道理，在满足生物力学的基础上一定要避免螺钉穿出椎体前缘皮质的危险性^[34] ，谢陶敢等^[32]报道的椎弓根-肋头单元钉道长度变化趋势和本实验取得的结果相似，椎弓根钉道和椎弓根-肋头单元钉道的变化规律自T₁到T₁₀均呈逐渐增大趋势；不同节段间差异性显著，所以临床应用中应结合年龄、椎序等因素而选择适宜的螺钉，既不会损伤神经血管，又能取得满意的生物力学效果。
3.3 关于椎弓根横断面角与椎弓根-肋头单元横断面角 手术时，螺钉的进钉方向取决于椎弓根中轴线或椎弓根-肋头单元在椎体矢状面向外所偏的方向，即椎弓根横断面角和椎弓根-肋头单元横断面角。螺钉进钉角度偏大时穿破椎弓根内侧皮质的螺钉可能会伤到脊髓，螺钉进钉角度偏小时穿破椎弓根外缘皮质可能会伤及胸腔脏器等。实验发现椎弓根中轴线或椎弓根-肋头单元在椎体矢状面向外所偏的方向和成人类似，椎弓根中轴线在椎体矢状面向外所偏的角度小于椎弓根-肋头单元在椎体矢状面向外所偏的角度，椎弓根横断面角和椎弓根-肋头单元横断面角从T₁-T₁₀逐渐减小，手术操作难度明显下降，提高临床的可操控性。
3.4 关于椎弓根矢状面角与椎弓根-肋头单元矢状面角 置钉时还要注意椎弓根长轴线或椎弓根-肋头单元长轴线在椎体水平面上所偏的程度；也就是椎弓根矢状面角或椎弓根-肋头单元矢状面角。神经根在椎弓根下缘，椎间孔内的神经、血管在椎弓根的上缘，置钉成功与否，或者能否避免不应有的副损伤，就一定要注意相应的椎弓根矢状面角或椎弓根-肋头单元矢状面角。
3.5 结论 青少年的椎弓根宽与椎弓根-肋头单元宽、椎弓根钉道长度与椎弓根-肋头单元钉道长度、椎弓根横断面角与椎弓根-肋头单元横断面角和椎弓根矢状面角与椎弓根-肋头单元矢状面角的走势总体相同，但后者的范围要大于前者大范围；行椎弓根螺钉固定时，应根据不同节段椎弓根形态特点，结合影像学选择相应的螺钉直径、长度、进钉部位及方向；相同节段椎体椎弓根-肋头单元可以提供比椎弓根更安全的置钉钉道；青少年中上胸椎的上述2种内固定方法中一定注意螺钉直径、长度、置钉角度均应和患者相应的测量指标相匹配。

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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青少年中上胸椎的影像解剖学特点

Radiographic anatomy features of teenagers’ upper-middle thoracic vertebrae

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