CT多平面三维重建条件下颈椎椎弓根置钉减少偏差的应用价值

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.48.022

摘要/Abstract

摘要：

背景：颈椎椎弓根解剖结构变异大，周围毗邻重要神经血管，若置钉偏差可能损伤周围的神经血管，因此提高下颈椎椎弓根置钉的准确性是根内固定技术成功的关键所在。
目的：探索CT多平面及三维重建条件下颈椎椎弓根置钉减少偏差的应用价值。
方法：回顾性分析在内蒙古医科大学第二附属医院进行下颈椎椎弓根置钉的颈椎椎弓根疾病(椎弓根正常)患者12例，共置入椎弓根螺钉52枚，分为CT多平面和三维重建下置钉的螺旋CT组，以及X射线透视引导下置钉的X射线透视组，对比分析2种方法置钉的准确性。
结果与结论：螺旋CT组患者置入的28枚椎弓根螺钉中，螺钉位置满意的一类螺钉27枚(96%)，二类螺钉1枚；X射线透视组患者置入的24枚螺钉中，一类螺钉21枚(88%)，二类共3枚，螺旋CT组置钉准确率明显高于X射线透视引导组(P < 0.05)。提示CT三维重建条件下颈椎椎弓根置钉准确率高、立体感强，有重要的临床应用价值。

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, 脊柱植入物, CT, 三维重建, 下颈椎, 椎弓根, 内固定, 颈椎不稳, 数字化医学

Abstract:

BACKGROUND: Cervical pedicle has large variations anatomical structure, which is adjacent to crucial blood vessels and nerves. Deviation of screw placement may increase the risk of damage in surrounding vessels and nerves. Therefore how to improve the accuracy of placing cervical pedicle screws is the key link of internal fixation.
OBJECTIVE: To investigate clinical application value of deviation of screw placement in lower cervical pedicle by CT multiplane and three-dimensional reconstruction.
METHODS: Clinical data of 12 patients undergoing lower cervical pedicle screw due to cervical pedicle disease in the Second Affiliated Hospital of Inner Mongolian Medical University were retrospectively analyzed. The number of pedicle screws in all cases was 52. The involved cases were randomly divided into spiral CT group (CT multiplane and three-dimensional reconstruction) and X-ray fluoroscopy group (X-ray fluoroscopy assisted screw placement). The accuracy and deviation of screw placement between two groups were compared.
RESULTS AND CONCLUSION: The number of first-class screws was 27, 96% of the total 28 pedicle screws in spiral CT group, and the number of second-class screws was 1. In the X-ray fluoroscopy group, the number of first-class screws was 21 (88%) and the number of second-class screws was 3. The accuracy of screw placement in spiral CT group was significantly higher than that of X-ray fluoroscopy group (P < 0.05). Screw placement in lower cervical pedicle by CT multiplane and three-dimensional reconstruction has great clinical application value, with high accuracy and strong three-dimensional sense.

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Key words: cervical vertebrae, imaging, three-dimensional, deviation, bone nails

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 2

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引言

椎弓根连接前方的椎体和后方的椎板，是椎骨前后柱连接点，因此经椎弓根固定能为椎骨不稳提供坚强的固定，由于颈椎椎体小，椎弓根细，周围有重要的血管神经走行，因此20世纪80年代以前，颈椎经椎弓根固定手术开展较少，近年来随着影像学诊断技术的飞速发展，颈椎疾患患者固定前精准的CT影像学测量可以为临床手术的正确开展提供保障，颈椎椎弓根内固定技术在颈椎内固定中最坚强，但由于颈椎椎弓根解剖结构变异大，周围毗邻重要神经血管，若置钉偏差可能损伤周围的神经血管，因此提高下颈椎椎弓根置钉的准确性是根内固定技术成功的关键所在^[1-2]。临床导致颈椎不稳疾病较多，例如外伤，颈椎间盘退变等。

三维重建是近年来发展起来的借助计算机对生物组织结构影像的连续图像进行后处理，获得三维图像并能进行定量测量的一项形态学研究的新技术与新方法。传统医学影像获得的是二维图像，临床医师需要在此基础上通过空间思维综合过程建立起抽象的三维立体图像，由于患者个体的差异及手术医师个人思维方式的不同，容易对手术的精确性产生不利影响。三维重建技术能清晰地、立体地显示解剖结构及病变，明确毗邻关系，提高诊断的准确率，有利于治疗方案的选定和手术效果的预测。该技术还可明显减少扫描过程中患者因呼吸或疼痛等原因引起的伪影，尤其适用于危急患者的检查。

因此文章分析内蒙古医学院第二附属医院12例颈椎椎弓根疾病(椎弓根正常)患者的临床资料，通过对比分析CT三维重建与X射线二维影像两种方式引导下的下颈椎椎弓根置钉偏差，研究CT三维重建在该项技术下的应用价值，现报道如下。

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材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods

设计：影像学临床应用对比研究。

时间及地点：试验于2010年11月至2013年11月在内蒙古医科大学第二附属医院完成。

对象：收集2010年11月至2013年11月内蒙古医科大学第二附属医院收治的颈椎椎弓根疾病(椎弓根正常)的患者。

诊断标准：经2位影像学专家通过CT及X射线平片判断椎弓根损伤。

纳入标准：①符合诊断标准。②年龄>18岁。③患者及家属知情知情同意书。

排除标准：①病历资料不完整。②有其他影响结果的并发症。

最终选取12例非颈椎椎弓根疾病的患者，年龄23-64岁，平均(41.6±3.4)岁。将患者分为CT多平面和三维重建下置钉的螺旋CT组6例，置钉28枚；X射线透视引导下置钉的X射线透视组6例，置钉24枚。

材料：下颈椎前路椎弓根螺钉购自山东威高骨科材料有限公司，为钛金属材质。

方法：

CT多平面及三维重建：对患者进行容积扫描，采集的数据传送至工作站，然后以容积成像和多平面重组成像为技术手段^[3-4]，进行三维重建及测量。

容积成像重建^[5]：为避免对目标区遮挡，切除非目标结构区；通过动态各向旋转判断病情，确定固定节段、固定方式及标记术中参考解剖标志点。

多平面重组成像重建及测量^[5]：以目标椎体作为骨性标志，参照容积成像信息，选定目标椎体，采用统一窗宽(1 500)、窗位(350)进行轴位、矢状位、冠状位重建及测量，以使重建图像统一(图1)。

轴位重建：调整目标椎体的双侧椎弓根呈最宽、对称显示，同时保持重建的横断面与双侧椎弓根中心轴线一致。

矢状位重建：沿双侧椎弓根中轴线进行矢状位重建，调整与轴位相等的外展角，保持该中轴线为两切面的同一理想钉道.

冠状位重建：在双侧椎弓根最窄处作垂直于椎弓根的冠状面重建，观察椎弓根横截面形态有无变异。

置钉方法：

螺旋CT组：置入前根据患者三维重建图像，在拟手术椎体后方表面分别选取至少3个解剖标志清楚的参考点，了解椎弓根有无解剖变异后，可根据“椎弓根水平轴位像”和“椎弓根矢状轴位像”上椎弓根的投影区域确定最佳的下颈椎前路椎弓根螺钉进钉点、进钉方向及螺钉的长度和直径。磨去入点表面骨皮质。角度定位器上预设出需穿刺椎弓根的理想外展角、头倾角，用水平仪对定位器进行校准后，将角度定位器的固定角尖端固定于入点。用1 mm克氏针沿定位器预先设计的角度作为定位导针穿刺，然后用开路椎对穿刺通道逐渐扩大，深度> 20 mm，探查，攻丝，再探查确认无穿破后植入长20 mm的3.5 mm椎弓根螺钉。术中用C臂X射线机(东芝JXG3000系列高频移动式C形臂X射线机)校准^[5]。

X射线透视组：在X射线透视引导下施行颈椎椎弓根置钉固定(图2)。

钉置精确性判断：按照螺钉是否穿透椎弓根和穿透程度，将其分为3类：

一类：螺钉位置满意，未穿出椎弓根皮质，或螺钉仅轻微穿透皮质，其穿透小于1 mm。

二类：螺钉穿透椎弓根皮质大于1 mm，但不需要翻修，患者无周围组织症状，内固定稳定性良好。

三类：螺钉穿透椎弓根皮质大于1 mm，患者置钉需要进行翻修或取出。

主要观察指标：2种方法置钉的精确度。

统计学分析：采用SPSS 15.0(SPPS公司，美国)对计数资料和计量资料分别用χ²检验(%)和t 检测进行比较，P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

螺旋CT多平面及三维重建临床应用于下颈椎椎弓根置钉固定中，三维图像立体模拟下颈椎椎弓根的病理状态，可以任意角度和轴向旋转，任意模拟手术刀切割所感兴趣区，暴露手术最佳视角及深部因结构相互重叠而不易显示的部分^[6-7]。三维成像通过旋转和切割，可清晰、直观地显示颈椎结构，距离和空间位置关系、关节面的朝向等，特别是关节的空间关系显示得更直观、逼真，为使临床医师式制定手术方案提供了有价值的信息。

螺旋CT三维重建能够客观显示颈椎的情况如部位、骨碎片、移位及周围血肿等，外科医生可以对手术部位进行准确的理解。临床应用CT多平面及三维重建减少了固定中X射线机透视的时间，手术人员和患者的放射安全性均明显提高螺旋。CT组28枚椎弓根螺钉中，一类螺钉共27枚，占总体的96%(27/28)，二类螺钉共1枚，占总体的4% (1/28)；X射线透视组24枚螺钉中，一类螺钉共21枚，占总体的88%(21/24)。二类共3 枚，占总体的12%(3/24)，螺旋CT组置钉准确率明显优于X射线透视组(P < 0.05)，本试验结果与曹珺等^[5]结论一致，但比值较曹珺等的结果高，其可能的原因为所用影像设备不一致所致，本实验所用设备(GE，64排)是曹珺等(GE，16排)所应用设备升级换代产品，其成像清晰度不一样。

下颈椎椎弓根钉置钉容易偏外的原因主要有3点，第一，胸腰椎椎弓根内倾角小，下颈椎椎弓根内倾角大(平均45°左右)，远远大于胸腰椎椎弓根的内倾角。如依据胸腰椎弓根钉置钉的经验，按照胸腰椎的内倾角度行颈椎椎弓根钉置钉，内倾角无疑偏小，导致钉道前端偏外，容易损伤椎弓根外皮质^[8-9]。其次，下颈椎椎弓根钉固定时，由于两侧项部肌群的限制，内倾角不易达到满意的度数。另外，下颈椎椎弓根外壁菲薄，椎弓根入口处的横突后结节前壁亦明显薄于椎板内壁，使得外侧皮质骨容易穿破^[10-11]。部分椎弓根外壁有滋养血管孔，使得椎弓根外壁更易穿破。

下颈椎椎弓根钉置钉轻度偏外，患者发生可能椎动脉、颈髓损伤的临床症状。有研究认为这同横突孔四界的空间配布有关：椎动脉并未占据整个横突孔空间，螺钉轻度偏外并非意味椎动脉一定受压，在椎弓根钉主要通过的主三边界区域，横突孔没有外界，椎动脉受挤后，可向横突孔外侧移动^[12-51]。但临床通常很少出现椎动脉、颈髓损伤的情况。由于下颈椎椎弓根前方主要同椎体中上份相连，而上终板前方又是一个向前下的斜坡，而椎弓根髓腔的走行冲向上终板方向，如果沿着椎弓根髓腔的自然走行进钉，螺钉有可能导致椎间盘损伤。为此，建议在CT多平面及三维重建的参考下，合理调整椎弓根钉的上倾角及长度。

总之，CT多平面及三维重建在下颈椎椎弓根置钉准确率高、立体感强，其提供的三维图像是非常有价值的空间关系信息，具有较高的诊断价值及临床应用价值。

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