成年中国人第5腰椎峡部Micro CT扫描的显微影像特点

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.17.021

摘要/Abstract

摘要：

背景：目前国内外学者对成年中国人第5腰椎峡部作了大量的应用解剖学研究，但研究结果各不相同，并且观测参数不系统、不完整，而对成年中国人第5腰椎峡部进行较系统的临床应用解剖与Micro CT扫描显微影像解剖对照研究国内外文献未见报道。
目的：观测成年中国人第5腰椎峡部Micro CT扫描显微影像解剖学及应用解剖学特点，以期为成年中国人第5腰椎峡部易患病性提供形态学依据。
方法：实验从成都医学院局解实验室随机选取60例成年中国人干燥、无破损第5腰椎标本，应用游标卡尺测量第5腰椎峡部的相关数据，并应用Micro CT的三维重建系统分析第5腰椎标本三维骨结构，并逐一测量与第5腰椎左、右侧峡部临床应用解剖观测的指标相对应的Micro CT扫描显微影像解剖参数。
结果与结论：在成年中国人第5腰椎标本观测： ①左、右侧峡部上缘厚度分别为(4.27±0.99) mm，(4.25± 0.98) mm。②左、右侧峡部下缘厚度分别为(7.31±1.23) mm，(7.29±1.25) mm。③左、右侧峡部内缘厚度分别为(6.61±0.33) mm，(6.59±0.36) mm。④左、右侧峡部外缘厚度分别为(8.65±0.27) mm，(8.59±0.33) mm。⑤左、右侧峡部上下缘距离分别为(11.10±3.14) mm，(11.07±3.11) mm。⑥左、右侧峡部上缘长度分别为(8.37±0.99) mm，(8.40±0.96) mm。⑦左、右侧峡部下缘长度分别为(4.71±0.71) mm，(4.73±0.62) mm。⑧左、右侧峡部内缘长度分别为(13.01±1.38) mm，(13.04±1.36) mm。⑨左、右侧峡部外缘长度分别为(10.75±1.11) mm，(10.78±1.06) mm。游标卡尺与Micro CT所测的第5腰椎峡部左右侧的三维数值之间均差异无显著性意义。结果证实，对成年中国人第5腰椎峡部临床应用解剖测量值与Micro CT测量值之间具有统一性，左右侧腰椎峡部解剖值没有差异，Micro CT能为临床上第5腰椎的易患病性提供更为详尽准确的参考数据。

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, Micro CT, 应用解剖, L5, 腰椎峡部, 中国人, 影像, 解剖, 对比分析, 测量, 骨

Abstract:

BACKGROUND: Currently, many scholars have made a large amount of studies on applied anatomy of adult Chinese lumbar isthmus at L5, but study results are diverse. Moreover, parameters were not systematic or complete. No control studies concerned the clinical applied anatomy and Micro CT imaging anatomy on adult Chinese lumbar isthmus at L5.
OBJECTIVE: To observe and measure Micro CT imaging anatomy and applied anatomy on adult Chinese lumbar isthmus at L5 so as to provide morphological evidence for vulnerability of the adult Chinese lumbar isthmus at L5.
METHODS: A total of 60 dried intact adult Chinese lumbar isthmus at L5 specimens were randomly obtained from the Laboratory of Regional Anatomy, Chengdu Medical College. Relevant data of lumbar isthmus at L5 were measured using vernier caliper. Three-dimensional bone architecture of lumbar isthmus at L5 was analyzed using Micro CT three-dimensional reconstruction system. Parameters of Micro CT imaging anatomy corresponding to the applied anatomy of left and right lumbar isthmus at L5 were measured.
RESULTS AND CONCLUSION: Measurement on adult Chinese lumbar isthmus at L5 was performed: ① The thicknesses of upper border of left and right isthmus were respectively (4.27±0.99) mm and (4.25±0.98) mm. ② The thicknesses of lower border of left and right isthmus were respectively (7.31±1.23) mm and (7.29±1.25) mm. ③ The thicknesses of inner border of left and right isthmus were respectively (6.61±0.33) mm and (6.59±0.36) mm. ④ The thicknesses of exterior border of left and right isthmus were respectively (8.65±0.27) mm and (8.59±0.33) mm. ⑤ The distances of upper and lower borders of the left and right isthmus were respectively (11.10±3.14) mm and (11.07±3.11) mm. ⑥ The lengths of upper border of the left and right isthmus were respectively (8.37±0.99) mm and (8.40±0.96) mm. ⑦ The lengths of lower border of the left and right isthmus were respectively (4.71±0.71) mm and (4.73±0.62) mm. ⑧ The lengths of inner border of the left and right isthmus were respectively (13.01±1.38) mm and (13.04±1.36) mm. ⑨ The lengths of exterior border of the left and right isthmus were respectively (10.75±1.11) mm and (10.78±1.06) mm. No significant difference in the three-dimensional values of the left and right isthmus at L5 measured by vernier caliper and Micro CT was detected. Results verified that the measure values measured by vernier caliper and Micro CT on adult Chinese lumbar isthmus at L5 were uniform, and no significant difference was detectable between the left and right sides. Micro CT provides precise reference evidence for the vulnerability of L5 vertebra in the clinic.

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Key words: adult, lumbar vertebrae, dissection, body size, cone-beam computed tomography

中图分类号:

R318

刘卫华，唐曦，王智，李鑫 . 成年中国人第5腰椎峡部Micro CT扫描的显微影像特点[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(17): 2746-2751.

Liu Wei-hua, Tang Xi, Wang Zhi, Li Xin . Characteristics of Micro CT images of adult Chinese lumbar isthmus at L5[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(17): 2746-2751.

图/表（结果） 3

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引言

腰椎峡部是指腰椎上、下关节突、横突和椎弓根交界的骨性连接，是腰椎椎间盘及其后方两个小关节构成的3关节复合体的重要部分，也是参与由椎弓、黄韧带、棘间韧带3部分构成脊柱后柱的关键结构。由于天然存在腰椎的正常生理弯曲，使得相邻两个腰椎的下腰椎椎体上表面向前倾斜，造成上位腰椎椎体相对于下位腰椎椎体运动时向前滑移，上位腰椎下关节突与下位腰椎上关节突构成的关节可阻止上位腰椎椎体前移，但却增加了腰椎峡部剪切应力，尤其是在剧烈运动时这一应力将瞬间增大，腰椎峡部长期反复承受这种剪切应力，或突然的暴力均有可能造成导致腰椎峡部断裂^[1-3]。

临床上将腰椎峡部骨质一侧或两侧不连续称为腰椎峡部裂，腰椎峡部裂在临床上较为常见^[4-5]，成年人患腰椎峡部裂的发生率约为5%，尤其多见于高强度竞技体育运动者，高达20.7%，其发病率因从事职业、种族等方面不同的原因而各有差异，腰椎峡部裂好发于L₄_-₅，临床上以L₅最为多见，约占85%^[6]。因单纯的腰椎峡部裂一般情况下不会出现腰部不适等明显临床症状，患者通常在体检时通过影像学检查偶然发现。腰椎峡部断裂可能改变患者腰椎的稳定性，严重的可引发患者腰椎滑脱。目前临床医生治疗腰椎峡部裂通常采用保守治疗和手术治疗两种方式，腰椎峡部裂采用保守治疗能使80%左右的患者症状得到缓解，恢复原来从事的学习或工作。腰椎峡部裂患者若出现持续疼痛经保守治疗后不能缓解，或者反复发作，临床考虑外科固定治疗，目前的外科固定治疗种类较多，主要包括腰椎峡部植骨融合，减压和节段内修复重建等^[7-13]。但针对临床腰椎峡部裂具体病例，到底是采用保守治疗还是外科固定治疗，以及外科固定方式如何选择等，目前学者们各抒己见，仍无一致的看法^[4-6]。究其原因，主要是临床医生缺少完整的腰椎峡部解剖学资料，特别是L₅的临床应用解剖及影像解剖资料。

尽管有学者作了大量关于腰椎峡部的研究^[14-18]，主要集中对腰椎峡部上缘厚度、下缘厚度，峡部上下缘距离，峡部上缘长度、下缘长度、内缘长度、外缘长度等相关参数作了测量，但研究结果各不相同，并且观测参数不系统、不完整。而对成年中国人L₅峡部进行较系统的临床应用解剖与Micro CT扫描显微影像解剖对照研究国内外文献未见报道。

实验为系统观测成年中国人L₅峡部Micro CT扫描显微影像解剖学及应用解剖学特点，实验首先对60例成年中国人干燥L₅标本应用游标卡尺测量L₅的左、右侧峡部上缘厚度，左、右侧峡部下缘厚度，左、右侧峡部内缘厚度，左、右侧峡部外缘厚度，左、右侧峡部上下缘距离，左、右侧峡部上缘长度，左、右侧峡部下缘长度，左、右侧峡部内缘长度，左、右侧峡部外缘长度等相关数据，其次，应用Micro CT自带三维重建系统分析L₅标本三维骨结构，并逐一测量与L₅左、右侧峡部临床应用解剖观测的指标相对应的Micro CT扫描显微影像解剖参数，并将L₅峡部Micro CT扫描显微影像解剖学所测量的数据与及应用解剖学所得数据作对照分析，以期为成年中国人L₅峡部易患病性提供形态学依据。

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材料方法

设计：临床应用解剖学、影像学实验。

时间及地点：于2013年5月至10月在成都医学院局解实验室及第一附属医院医学影像实验中心完成。

材料：从成都医学院局解实验室随机选取60例成年中国人尸体干燥、无破损L₅标本，性别不限。

方法：

成年中国人L₅峡部的解剖学测量：实验首先对60例成年中国人干燥L₅标本应用桂林广陆数字测控股份有限公司生产的游标卡尺(精确度为0.01 mm)，参考徐洪海等^[19]测量腰椎的方法，依次测量L5峡部的相关数据。

成年中国人L₅峡部的Micro CT扫描：实验应用Micro CT(ZKKS-MCT-Sharp)对L₅进行扫描得到原始数据，扫描电压：60 kV，功率40 W，探测器拼合B1，4帧叠加，转台角度采样间隔0.72 (°)/r，投影视图数500，平移台视野选择：Large Field。做好空扫和暗电流后将L5固定在模具上，将模具放置固定在旋转台上，关上仓门，开始采集操作。将所得到的原始数据进行重建处理，调整好窗宽、窗位后保存为IMO格式。打开Micro CT自带三维测量软件，调取IMO文件，重建出三维立体图像，根据应用解剖测量的各径线方法，在三维立体图像上重复用三维测量软件进行Micro CT测量。

主要观察指标：

游标卡尺与Micro CT三维测量L5峡部各径线数据均为以下相关数据：

(1)左、右侧峡部上缘厚度(L₅上下关节突之间椎弓狭窄部上缘中点的厚度，分别用A，B表示)。

(2)左、右侧峡部下缘厚度(L₅上下关节突之间椎弓狭窄部下缘中点处厚度，分别用C，D表示)。

(3)左、右侧峡部内缘厚度(L₅棘突基底部上缘与下关节突外上缘连线中点的厚度，分别用E，F表示)。

(4)左、右侧峡部外缘厚度(L₅上关节突内缘与上关节突外缘连线中点的厚度，分别用G，H表示)。

(5)左、右侧峡部上下缘距离(上下关节突之间椎弓狭窄部上、下缘中点间的距离；分别用I，J表示)。

(6)左、右侧峡部上缘长度(L₅棘突基底部下缘与上关节突内上缘连线的长度，分别用K，L表示)。

(7)左、右侧峡部下缘长度(L₅上关节突外上缘与下关节突外上缘连线的长度即为峡部下缘长度，分别用M，N表示)。

(8)左、右侧峡部内缘长度(L₅棘突基底部上缘与下关节突外上缘连线的长度，分别用O，P表示)。

(9)左、右侧峡部外缘长度(L₅上关节突内缘与上关节突外缘连线的长度，分别用Q，R表示)。

统计学分析：成年中国人L₅峡部Micro CT三维测量数据及应用解剖学所得数据x(_)±s表示，采用SPSS 10.0统计学软件用t 检验将L₅峡部各部分游标卡尺所测值与Micro CT所测值、L₅峡部左右侧数值、L₅峡部左右侧的三维数值进行两两比较，检验水准α=0.05。

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讨论

3.1 腰椎峡部正常解剖结构及L₅峡部裂成因分析 腰椎分为前上段(椎体、椎弓、上关节突、横突)和后下段(椎板、下关节突、棘突)两部分。腰椎峡部是指椎弓的上、下关节突、横突和椎弓根之间的狭窄部分，是构成三关节复合体及脊柱后柱的关键结构，腰椎峡部裂多好发于此部，其原因国内外学者已作了大量研究，认为与腰椎峡部持续反复或突然承受瞬间增大的应力有关^[20]。但孙广林等^[21]认为与腰椎峡部的骨性形态有关，其报道的文献显示即76% L₅峡部为新月形骨柱，承受反复持续的应力较差，故容易断裂，这与临床上腰椎峡部裂绝大多数在L₅的实际结果相一致^[22]。

3.2 L₅峡部各部分厚度及长度解剖学规律 L₅峡部上缘、下缘、内缘、外缘的厚度及长度正常值等均是临床治疗L₅峡部裂及运动损伤尤为关注的问题。L₅峡部是连接椎弓的上、下关节突的核心结构，临床医生外科固定治疗L₅峡部裂时，绝大多数将椎弓根螺钉固定入点确定在此区域^{[6, 23]}， L₅峡部各部分厚度及长度与椎弓根螺钉内固定L₅峡部裂有极密切的关系^[24-25]。以往国内外学者作了大量关于腰椎峡部的研究，但主要集中对腰椎峡部上缘厚度、下缘厚度，上缘长度、下缘长度、等相关参数作了测量，但研究结果各不相同，并且观测参数不系统、不完整。张发惠等^[26]测得L₅峡部下缘最厚处的平均值为7.7 mm，宗立本等^[27]测得L₅上缘厚度的平均值为(3.69±1.14) mm，下缘为(5.67± 1.24) mm，Xu等^[28]测得L₅上缘的平均值为(2.9±1.4) mm，下缘的平均值为(3.8±1.5) mm。

实验系统观测成年中国人L₅峡部Micro CT扫描显微影像解剖学及应用解剖学对照研究显示，L₅峡部厚度与长度均存在明显的解剖学规律，即：L₅峡部上缘最薄，其平均值为(4.26±0.96) mm; 峡部外缘最厚，其平均值为(8.62±0.29) mm; 峡部下缘、内缘厚度介于峡部上缘、外缘厚度之间，其平均值为(7.33±1.22) mm和(6.61±0.33) mm。L₅峡部内缘最长，其平均值为(13.04±1.35) mm；下缘最短，其平均值为(4.70±0.72) mm外缘、上缘的长度介于其间，其平均值分别为为(10.70±1.15) mm和(8.41±0.93) mm。

3.3 外科固定治疗L₅峡部裂注意事项 本组实验通过对L₅进行Micro CT三维重建显示，矢状位上，L₅峡部向后上方倾斜；因此，临床医生在内固定L₅峡部裂时，应特别注意上关节突与下关节突之间的倾斜度和角度。在冠状位上，L₅峡部明显向外侧展开，L₅下关节突位于上关节突外下方，高从敬等^[25]报道L₅的上关节突与峡部间呈向后上方96°-110°的仰角，故建议临床骨科医生在对L₅峡部裂患者施行多孔面螺钉内固定时，应注意患者自L₄以上的躯体经L₅上关节突自上而下的作用力与骶髂关节向上、内、前方向的反作用力，这两种来自不同方向的作用力刚好与L₅峡部相交形成的剪切力作用，确保多孔面螺钉内固定L₅峡部裂术后能加强患者腰椎的稳固性。

以往临床上外科固定治疗L₅峡部裂的方式主要包括全椎板切除、半椎板切除^[29]。但有报道此种外科固定方式可能造成硬膜外粘连或脊柱不稳等并发症^[30-33]。徐洪海等^[19]提出：使用“工”形钛板固定L₅峡部裂，能有效降低上述并发症发生。本组实验测量L₅峡部裂内缘最小长度为11.55 mm，外缘最小长度为9.08 mm，上缘最小长度为5.66 mm，下缘最小长度为4.17 mm，与徐洪海等^[19]测量结果基本一致。因此，临床医生在行L₅峡部裂“工”形钛板固定时，设计的“工”形钛板四边长度应在L₅峡部相对应的四边长度范围内。

3.4 利用Micro CT观测L₅峡部的优势分析 Micro CT观察和测量L₅峡部具有明显的优势，主要表现在以下几个方面：①不会损伤L₅骨质，且快速高效。②可以观测L₅峡部的三维特征，可以重建并观察L₅峡部的任意平面，具有操作可重复性。③在观测L₅峡部时，可以有效避免传统的影像学技术存在伪影，对标本的比例放大，分辨率低下等缺点，以减少在测量中无法确切对L₅峡部的上缘、下缘、内缘、外缘进行定位，而导致测量误差。实验利用Micro CT具有高分辨率、高精度，图像无破坏性，图像数据可重复使用等特点，对成年中国人L₅峡部作显微影像解剖学及应用解剖学研究，得到的L₅峡部三维图像清晰完整。因此，Micro CT为实验观察测量L₅峡部提供了可靠的实验研究平台^[34-37]。实验组通过采用游标卡尺和Micro CT分别对L₅峡部的上缘、下缘、内缘、外缘的厚度及长度的显微影像解剖学及应用解剖学对照研究表明，利用Micro CT扫描及三维重建技术，可以精确获取L₅峡部的上缘、下缘、内缘、外缘的厚度及长度数据。根据临床治疗L₅峡部裂外科固定的需求，可从L₅峡部三维图像的正面、侧面、上面、底面等进行任意角度旋转观察测量L₅峡部的上缘、下缘、内缘、外缘的厚度及长度，有利于临床医生为L₅峡部裂患者设计更为合理的“工”形钛板，及为每位患者选择最佳的个性化外科固定方案。

综上，本次实验测量与L₅左、右侧峡部临床应用解剖观测的指标相对应的Micro CT扫描显微影像解剖参数，并将L₅峡部Micro CT扫描显微影像解剖学所测量的数据与及应用解剖学所得数据作对照分析，为临床上L₅的易患病性提供更为详尽准确的参考数据，同时，有助于临床医生施行L₅峡部固定治疗。

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