三维数字化重建10-12岁儿童胸椎关节突的形态特征

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.44.012

中国组织工程研究 ›› 2016, Vol. 20 ›› Issue (44): 6620-6628.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.44.012

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三维数字化重建10-12岁儿童胸椎关节突的形态特征

刘祥伟^1，2，王星^3，4，张少杰^3，4，李志军^3，4，刘颖³，史君⁵

¹赤峰市医院骨科，内蒙古自治区赤峰市 024000；内蒙古医科大学，²研究生学院，³基础医学院人体解剖学教研室；⁴数字医学中心；⁵基础医学院生理学教研室，内蒙古自治区呼和浩特市 010059

修回日期:2016-08-29 出版日期:2016-10-28 发布日期:2016-10-28
通讯作者: 李志军，教授，博士生导师，内蒙古医科大学基础医学院人体解剖学教研室，内蒙古自治区呼和浩特市 010059
作者简介:刘祥伟，1982年生，内蒙古自治区赤峰市人，2015年内蒙古医科大学毕业，硕士，主治医师，主要从事脊柱创伤方面的研究。并列第一作者：王星，1979年生，内蒙古自治区乌拉特中旗人，2010年内蒙古医科大学毕业，硕士，讲师，主要从事脊柱脊髓的数字化研究。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(81260269，81560348，81660358)；内蒙古自治区高等学校科学研究资助项目(NJZC16108)；内蒙古医科大学科技百万项目(2015YKDKJBW03)

Morphological characteristics of thoracic vertebrae in children aged from 10 to 12 years with three-dimensional digital reconstruction

Liu Xiang-wei^{1, 2}, Wang Xing^{3, 4}, Zhang Shao-jie^{3, 4}, Li Zhi-jun^{3, 4}, Liu Ying³, Shi Jun⁵

¹Department of Orthopedics, Chifeng Hospital, Chifeng 024000, Inner Mongolia Autonomous Region, China; ²Postgraduate College, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010059, Inner Mongolia Autonomous Region, China;³Department of Human Anatomy, Basic Medical College, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010059, Inner Mongolia Autonomous Region, China; ⁴Digital Medical Center, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010059, Inner Mongolia Autonomous Region, China; ⁵Department of Physiology, Basic Medical College, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010059, Inner Mongolia Autonomous Region, China

Revised:2016-08-29 Online:2016-10-28 Published:2016-10-28
Contact: Li Zhi-jun, Professor, Doctoral supervisor, Department of Human Anatomy, Basic Medical College, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010059, Inner Mongolia Autonomous Region, China; Digital Medical Center, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010059, Inner Mongolia Autonomous Region, China
About author:Liu Xiang-wei, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, Chifeng Hospital, Chifeng 024000, Inner Mongolia Autonomous Region, China; Postgraduate College, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010059, Inner Mongolia Autonomous Region, China Wang Xing, Master, Lecturer, Department of Human Anatomy, Basic Medical College, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010059, Inner Mongolia Autonomous Region, China; Digital Medical Center, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010059, Inner Mongolia Autonomous Region, China Liu Xiang-wei and Wang Xing contributed equally to this paper.
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 81260269, 81560348, 81660358; the Scientific Research Funding Project of Inner Mongolia Autonomous Region Colleges and Universities, No. NJZC16108; the Science and Technology Million Project of Inner Mongolia Medical University, No. 2015YKDKJBW03

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

关节突关节：关节突作为脊柱后柱的重要组成部分，其关节直接承受着脊柱前屈、后伸、压缩、牵拉、剪切、扭转等负荷，关节突关节的方向从颈椎段“近水平位”，逐渐到胸椎段“近冠状位”，再到腰椎段的“近矢状位”，此结构特征的变化是脊柱所特有，而且其作为运动枢纽，对维持脊柱稳定及正常生理活动起着至关重要的作用。同时脊柱结构的稳定性对于维持脊柱正常形态和生理功能也具有重要意义，椎体、椎间盘和脊柱韧带对维持小关节的稳定和平衡为静力平衡。

数字化医学：数字医学已经广泛应用于医学领域，其打破过去传统且单一的研究手段，利用医学重建软件可清晰地将影像原始资料予以重建，在三维立体的效果下区观测脊柱各相关结构间的关系，为后期的手术治疗等提供了有利的保障。

摘要

背景：关节突关节是维持整个脊柱稳定和正常生理活动的重要骨性结构。在临床研究中发现，双侧关节突形态不对称也是引起椎体退行性变的原因之一，但现有的研究主要集中于成人群体，且多以颈椎和腰椎为主。

目的：探索10-12岁儿童胸椎关节突关节相关骨性结构的形态特征和增龄变化规律，并与成人相关数据比较。

方法：选取无骨质破坏、畸形、骨折、肿瘤等椎骨形态结构未发生改变及既往未行脊柱相关手术的10-12岁儿童30例，行多排螺旋CT薄层扫描(0.625-1.25 mm)，范围T₁-T₁₂，将原始数据以DICOM格式导入三维重建软件进行相关指标测量及统计分析。

结果与结论：①关节突关节面宽总体走势呈“V字型”；关节突关节面高从T₁至T₁₂间随椎序的增加呈逐渐递增趋势；②上关节突关节厚从T₁至T₁₂间随椎序增加呈逐渐递增趋势，下关节突关节厚总体走势则较平缓；左、右侧别中上、下关节突关节面宽、高、厚除在个别椎体间存在显著性差异外，其余差异均无显著性意义；关节突间距在侧别和上、下间差异均无显著性意义，关节突间距侧别间随着椎序的增加呈递增趋势，上、下关节突间距随椎序增加均呈开口较宽的“U”字型；③结果表明，利用三维重建技术可清晰、直观地展示各椎骨形态特征，在三维条件下提高了测量的精确度；10-12岁儿童关节突关节面宽和高总体较成人小，关节突间距在上关节突间距与下关节突间距总体变化不明显，而左右侧关节突间距则随着椎序的增加呈渐增趋势，符合儿童脊柱生长发育规律。

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: 0000-0001-6025-8554 (李志军)

关键词: 骨科植入物, 数字化骨科, 胸椎, 关节突关节, 形态特征, 10-12岁儿童, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: Articular process of joint is an important bony structure to maintain the spinal stability and normal physiological activities. Clinical study found that bilateral articular process asymmetry is also one of the causes of vertebral degeneration, but the existing research mainly focuses on the adult, and give priority to with cervical vertebra and lumbar vertebra.

OBJECTIVE: To explore the morphological and developmental characteristics of thoracic facet joints and bony structures of 10 to 12-year-old children and compare with data of adults.

METHODS: A total of 30 normal cases aging from 10 to 12 years were admitted into this study. No cases experienced bone destruction, deformity, fractures, or tumors, and spine surgery was not involved in. DICOM 3.0 data of multi-slice spiral CT (0.625-1.25 mm), ranging from T₁ to T₁₂, were used for three-dimensional reconstruction, measurement and statistical analysis.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) Joint width overall trends in “V”. Joint surface height from T₁ to T₁₂increased gradually with the increase of the operation sequence. (2) The joint thickness from T₁ to T₁₂showed a gradually increasing trend with the increase of the job sequence; articular process under the joint thickness was gentle. In the left and right sides of the upper and lower joints, joint surface width, height, and thickness did not show significant difference in addition to the significant difference between the individual vertebral body. Joints spacing on the side and there was no significant difference between upper and lower, articular process spacing between sides showed an increasing trend with the increase of operation sequence; upper and lower joints spacing increased with the job sequence, and showed wide “U” shape. (3) These results confirmed that the application of three-dimensional reconstruction techniques can display shape and characteristics of each vertebral body clearly and intuitively and improve measurement accuracy. Width and height of facet joints in 10-12-year-old school children were overall smaller than those of adults. The distance between upper and lower facet joints changed a little. Distance between left and right facet joints increased from T₁ to T₁₂, which complies with the growth and development of children.

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

Key words: Thoracic Vertebrae, Zygapophyseal Joint, Child , Tissue Engineering

中图分类号:

R318

刘祥伟，王星，张少杰，李志军，刘颖，史君. 三维数字化重建10-12岁儿童胸椎关节突的形态特征[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(44): 6620-6628.

Liu Xiang-wei, Wang Xing, Zhang Shao-jie, Li Zhi-jun, Liu Ying, Shi Jun. Morphological characteristics of thoracic vertebrae in children aged from 10 to 12 years with three-dimensional digital reconstruction[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(44): 6620-6628.

图/表（结果） 3

2.1 参与者数量分析 纳入观察对象30例，男女间经统计学分析差异无显著性意义，故合并统计，每一观察指标进行左右侧比较分析，全部进入结果分析，无脱落。

试验流程图见图2。

2.2 关节突关节面宽 关节突关节面宽中主要对同侧上位椎体下关节面宽与下位椎体上关节面宽进行对比分析，结果除在T₇左下关节面宽与T₈左上关节面宽间、T₁₁左右侧下关节面宽与T₁₂左右侧上关节面宽间差异无显著性意义(P > 0.05)外，其余差异均有显著性意义(P < 0.05)，见表1，图3。

2.2.1 上关节突关节面宽上关节突关节面宽在左、右侧别间除在T₃和T₁₁间差异有显著性意义(P < 0.05)外，其余差异均无显著性意义(P > 0.05)，上关节突关节面宽不论左侧还是右侧，最大值均在T₁，其值分别为10.20 mm和10.32 mm，且从T₁开始逐渐递减，到达T₆处为最低，其值分别为7.27 mm和7.12 mm，而后开始呈递增趋势至T₁₂，总体走势呈“V”字型。

2.2.2 下关节突关节面宽下关节突关节面宽在左、右侧别间除在T₆和T₉间差异有显著性意义(P < 0.05)外，其余差异均无显著性意义(P > 0.05)；下关节突关节面宽左右侧最大值也位于T₁，其值分别为9.08 mm和9.02 mm，且从T₁开始逐渐递减，左侧下关节突关节面宽最低值位于T₅(7.65 mm)，右侧下关节突关节面宽位于T₆(7.67 mm)，而后开始呈递增趋势至T₁₂，总体走势也呈“V”字型。

2.3 关节突关节面高 在对同侧上位椎体下关节面高与下位椎体上关节面高进行对比分析，结果除在T₂右下关节面高与T₃右上关节面高间、T₆右下关节面高与T₇右上关节面高间差异有显著性意义(P < 0.05)外，其余差异均无显著性意义(P > 0.05)，见表2，图4。

2.3.1 上关节突关节面高上关节突关节面高在左、右侧别间除在T₃和T₁₁间差异有显著性意义(P < 0.05)外，其余差异均无显著性意义(P > 0.05)，左侧上关节突关节面高从T₁(7.84 mm)至T₁₂(12.62 mm)随椎序的增加呈逐渐递增趋势，右侧上关节突关节面高从T₁(7.83 mm)至T₁₂(12.53 mm)随椎序的增加呈逐渐递增趋势。

2.3.2 下关节突关节面高下关节突关节面高在左、右侧别间除在T₆和T₉间差异有显著性意义(P < 0.05)外，其余差异均无显著性意义(P > 0.05)；左侧下关节突关节面高从T₁(8.44 mm)至T₁₂(12.93 mm)随椎序的增加呈逐渐递增趋势，右侧下关节突关节面高从T₁(8.74 mm)至T₁₂(13.13 mm)随椎序的增加也呈逐渐递增趋势。

2.4 关节突关节厚 在对同侧上位椎体下关节突关节厚与下位椎体上关节突关节厚进行对比分析，结果除在T₁左下关节突关节厚与T₂右上关节突关节厚、T₂左右侧下关节突关节厚与T₃左右侧上关节突关节厚、T₃右下关节突关节厚与T₄右上关节突关节厚间差异无显著性意义(P > 0.05)外，其余差异均有显著性意义(P < 0.05)，见表3，图5。

2.4.1 上关节突关节厚上关节突关节厚在左右侧别间除在T₃和T₁₁间差异有显著性意义外(P < 0.05)，其余差异均无显著性意义(P > 0.05)；左侧上关节突关节厚从T₁(4.66 mm)至T₁₂(7.64 mm)随椎序的增加呈逐渐递增趋势，右侧上关节突关节厚从T₁(5.00 mm)至T₁₂(7.15 mm)随椎序的增加呈逐渐递增趋势。

2.4.2 下关节突关节厚下关节突关节厚在左右侧别间除在T₆和T₉间差异有显著性意义外(P < 0.05)，其余差异均无显著性意义(P > 0.05)；下关节突关节厚左右侧别间走势比较平缓，各椎厚度在5.19-6.34 mm，相差在2 mm以内。

2.5 关节突间距 关节突间距在左右侧别和上下间均差异无显著性意义(P > 0.05)。左右侧关节突间距均值在21.35-36.02 mm，而上、下关节突间距均值在18.09-23.90 mm，见表4，图6。

2.5.1 左侧关节突间距左侧关节突间距中除T₁与T₅_-₁₂、T₂与T₆_-₁₂、T₃与T₇_-₁₂、T₄与T₈_-₁₂、T₅与T₉_-₁₂和T₆与T₁₂间差异有显著性意义外(P < 0.05)，余均差异无显著性意义(P > 0.05)；左侧关节突间距从T₁(21.35 mm)至T₁₂(36.02 mm)随椎序的增加呈渐增趋势。

2.5.2 右侧关节突间距右侧关节突间距中除T₁与T₅_-₁₂、T₂与T₆_-₁₂、T₃与T₈_-₁₂、T₄与T₁₀_-₁₂和T₅与T₁₁_，₁₂间差异有显著性意义外(P < 0.05)，余均差异无显著性意义(P > 0.05)，右侧关节突间距从T₁(21.72 mm)至T₁₂(34.32 mm)随椎序的增加呈渐增趋势。

2.5.3 上关节突间距上关节突间距中除T₁与T₃_-₉、T₂与T₄_-₈、T₄_-₈与T₁₁_，₁₂、T₉在T₁₂间差异有显著性意义外(P < 0.05)，余均差异无显著性意义(P > 0.05)；上关节突间距随椎序的增加呈开口较宽的“U”字型，最低值位于T₄_-₈。

2.5.4 下关节突间距下关节突间距中除T₁与T₃_-9、T₂与T₄_-8、T₄与T₁₁_，12、T₅在T₁₀_-12和T₆_，7与T₁₂间差异有显著性意义外(P < 0.05)，余均差异无显著性意义(P > 0.05)，下关节突间距随椎序的增加呈开口较宽的“U”字型，总体比较平缓，最低值位于T₄_-8。

参考文献

[1] Kalichman L, Hunter DJ.Lumbar Facet Joint Osteoarthritis:A Review. Semin Arthritis Rheum. 2007; 37(2):69-80.
[2] Denis F. The three columnspine and its significance in the classification of acate thoracolumbar spine injure. Spine.1983;8(8): 817-831.
[3] Acosta FL Jr, Ames CP. Cervical disc arthroplasty: general introduction. Neurosurg Clin N Am. 2005;16(4): 603-607.
[4] Yoganandan N, Knowles SA, Maiman DJ,et al. Anatomic study of the morpholoy of hulnan cervical facet joint.Spine. 2003;28(20):2317-2323.
[5] Anderson PA, Sasso RC, Riew KD. Update on cervical artificial disk replacement. Instr Course Lect. 2007;56: 237-245.
[6] Tachihara H, Kikuchi S, Konno S,et al. Does facet joint inflammation induce radiculopathy: an investigation using a ratmodel of lumbar facet joint inflammation. Spine (Phila Pa 1976). 2007;32(4):406-412.
[7] 席新华,吴强,唐华军,等.成人下颈椎椎体与关节突关节倾角的X射线测量数据[J].中国组织工程研究与临床康复, 2009,13(4):662-666.
[8] Berlemann U, Jeszenszky DJ, Buhler DW, et al. Facet joint remodeling in degenerative spondylolosthesis: an investigation of joint orientation and tropism. Eur Spine J. 1998;7(5): 376-380.
[9] 徐聪,于雪峰,廖琦,等. MRI和CT在测评退行性颈椎滑脱关节突关节矢状位不对称角中可靠性的比较[J]. 中国临床解剖学杂志,2016,34(1):63-67.
[10] 徐荣明,刘观燚,赵红勇,等.胸椎关节突关节解剖学测量与经关节螺钉固定的关系[J].中国骨与关节损伤杂志, 2010, 25(6):481-483.
[11] 刘观燚,徐荣明,马维虎,等.下颈椎关节突关节的解剖学测量与经关节螺钉固定的关系[J].中国脊柱脊髓杂志, 2007, 17(2):140-144.
[12] Kunkel ME, Schmidt H, Wilke HJ. Prediction of the human thoracic and lumbar articular facet joint morphometry from radiographic images. J Anat. 2011; 218(2): 191-201.
[13] Jaumard NV,Welch WC,Winkelstein BA.Spinal facet joint biomechanics and mechanotransduction in normal,injury and degenerative conditions.J Biomech Eng. 2011;133(7):071010.
[14] 费琦,林吉生,王炳强,等.关节突关节在腰椎失稳中作用的研究进展[J].临床和实验医学杂志,2014,13(21): 1823-1825.
[15] 赵卫东,徐波,张美超,等.颈椎三维运动对关节突关节压力的作用[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,14(22): 3996-3999．
[16] Chung SB, Lee S, Kim H, et al. Significance of interfacet distance, facet joint orientation, and lumbar lordosis in spondylolysis. Clin Anat. 2012 ;25(3):391-397.
[17] Ngo LM, Aizawa T, Hoshikawa T, et al. Fracture and contralateral dislocation of the twin facet joints of the lower cervical spine. Eur Spine J. 2012;21(2):282-288.
[18] 丁文元,李宝俊,李华,等.胸椎单侧关节突关节切除对稳定性影响的生物力学研究[J].河北大学学报(自然科学版),2007,27(2):127-129.
[19] Gellhorn AC, Katz JN, Suri P. Osteoarthritis of the spine: the facet joints. Nat Rev Rheumatol. 2013;9(4):216-224.
[20] Henderson CN.The basis for spinal manipulation: chiropractic perspective of indications and theory. J Electromyogr Kinesiol. 2012;22(5): 632-642.
[21] Nathan D. Crosby, Christine L, et al. Spinal neuronal plasticity is evident within 1 day after a painful cervical facet joint injury. Neurosci Lett. 2013;542:102-106.
[22] 王大林,吴小涛,王黎明.腰椎关节突关节不对称与青少年腰椎间盘突出症[J].中国脊柱脊髓杂志,2005,15(6): 314-344.
[23] Elliott MJ, Slakey CJ. Thoracic pedicle screw placement: analysis using anatomical landmarks without image guidance. J Pediatr Orthop. 2007;27(5):582-586.
[24] Xu R, Ebraheim NA, Ou Y, et al.Anatomic considerations of costotransverse screw placement in the thoracic spine. Surg Neurol. 2000;53(4):349-354.
[25] 徐荣明,刘观钱,赵红勇,等.胸椎后路经关节螺钉固定的可行性研究[J].中国骨伤,2011,24(3):218-221.
[26] 殷渠东,郑祖根,蔡建平,等.经椎板关节突关节螺钉固定的生物力学实验研究[J].中国脊柱脊髓杂志,2004,14(1l): 676-678.
[27] 刘观锬,徐荣明,赵红勇,等.胸椎后路经关节助骨螺钉固定技术的提出及其解剖学研究[J].中华外科杂志, 2010,48 (14):1115-1116.
[28] Sun XZ, Chen ZQ, Qi Q, et al. Diagnosis and treatment of ossification of the ligamentum flavum associated with dural ossification: clinical article. J Neurosurg Spine. 2011;15(4):386-392.
[29] Shirazi Adl A. Finite-element evaluation of contact loads on facet of an L2-L3lumbar segment in complex loads. Spine (Phila Pa 1976).1991;16(5):533-541.
[30] 郭功亮,齐兵,曲阳,等.关节突关节切除范围对下颈椎稳定性影响的生物力学影响[J].生物医学工程研究, 2010, 29(4):259-262.

引言

关节突关节是相邻椎骨上、下关节突之间相互连接形成的小关节，它承受着脊柱前屈、后伸、压缩、牵拉、剪切、扭转等负荷，对脊柱的轴向活动起着稳定和制约作用，是脊柱结构和功能中的重要运动枢纽关节，也是构成颈、胸、腰椎运动节段的主要骨性结构，具有重要的生物力学意义^[1]，对维持脊柱的稳定及正常的生理活动起着至关重要的作用。

在脊柱的三柱理论学说中^[2]，关节突属于脊柱后柱中的附属结构。关于关节突关节的研究越来越受到国内外学者的重视，并已通过基础与临床研究已证实其在维持脊柱的稳定性与运动起着极其重要的作用^[3-6]：成人关节突的形态特征、关节突关节角的改变(如不对称性、方向改变、外伤、结核等)与脊柱椎骨退行性变、脊柱失稳、椎体滑脱、椎间盘突出和关节突骨性关节炎等有着密切的联系。但现有的研究多集中于成人颈椎和腰椎，且多是在临床中已出现一系列症状，经诊断后方才发现某些疾病是由关节突的改变而引起，而相对于儿童胸椎关节突形态特征的相关研究国内外鲜有报道，且未从发育学的角度观测这一特殊群体关节突的发育特征和规律，同时现有的研究多集中于解剖学及生物力学方面，而其影像学也多局限在尸体标本或X射线、MRI观察，或CT在横轴面上的观测^[7-9]，对其三维立体形态描述报道较少。随着数字医学的兴起与发展，作为一门集信息化技术、图像处理技术和医学物理技术等为一体的交叉学科，有效地利用医工结合，将影像学资料利用三维重建软件进行重建与后处理，可直观、立体地显示和任意切割层面并观测关节突的相关指标参数。

文章对10-12岁儿童胸椎关节突关节相关骨性结构进行较系统研究，以探讨这些指标的发育规律，如关节突的增龄变化、各胸椎关节突间是否存在差异性及是否在儿童就存在不对称性，为临床该类疾病的早期诊治和预防提供理论依据。

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

材料方法

1.1 设计 测量学试验。

1.2 时间及地点 于2014年1月至2015年3月在内蒙古医科大学附属医院影像科行常规CT检查。

1.3 材料

扫描设备及参数条件：依托内蒙古医科大学附属医院影像科64排螺旋CT扫描仪(美国GE公司Lightspeed. 16)行胸部扫描，患者平卧，采用头进位，扫描范围包括T₁-T₁₂全胸椎；扫描参数：螺旋扫描模式，管球电压80 kV，管电流200 mA，矩阵512×512，螺距1.375∶1，层厚 0.625 mm，扫描图像以DICOM格式导出存盘。

1.4 对象 选取对象为在内蒙古医科大学附属医院(三级甲等综合性医院)就诊的10-12岁儿童患者共计30例，其中男12例，女18例，平均(10.87±0.86)岁。

纳入标准：在检查肺部疾病时行影像学扫描胸部的10-12岁儿童，扫描范围包括脊柱全部胸段。患者及其家属对试验方案知情同意。

排除标准：骨质破坏、畸形、骨折、肿瘤等椎骨形态结构发生改变及既往行脊柱相关手术的儿童。

1.5 方法

重建软件及图像配准：利用Mimics 16.0三维重建软件(由内蒙古医科大学数字医学中心提供)进行后处理。将连续扫描的胸椎断层原始数据以“无损压缩”的方式导入Mimics 16.0，定义上下、左右、前后方向后显示出水平面、冠状面、矢状面3个平面的二维图像，利用软件自带的域值设定选择拟重建部分，然后选择“Mask”，进行“阈值分割”，选择“Bone”窗口，再进行“动态区域增长”胸椎，然后进行选择“光顺”后采用软件的三维计算功能(3D calculation)对Mask分别进行重建，可清晰直观地再现骨的三维形态。确定测量点，激活Tools工具栏，测量相关指标。为了保证胸椎椎序的定位准确性，采用三维重建胸椎时同时重建出第1肋和第12肋，以保证椎序的准确性。

1.6 主要观察指标 依据相关文献，儿童胸椎关节突关节相关指标的测量主要依据国内徐荣明^[10]、刘观燚^[11]及国外Kunkel等^[12]学者的测量手段与方法。

1.6.1 关节突关节面高经关节突关节面的中心点，关节突关节面的上缘与下缘间距，即为该关节面的高(图1A)；

1.6.2 关节突关节面宽经关节突关节面的中心点, 关节突关节面的内侧缘与外侧缘间距, 即为该关节面的宽(图1B)；

1.6.3 关节突关节厚关节突关节基底部的前后径，即为该关节的厚(图1C)；

1.6.4 关节突间距关节突最顶点之间的距离(图1D)。包括以下几项：①左侧关节突间距：指同一椎序左侧上、下关节突最顶点之间的距离；②右侧关节突间距：指同一椎序右侧上、下关节突最顶点之间的距离；③上关节突间距：指同一椎序左、右侧上关节突最顶点之间的距离；④下关节突间距：指同一椎序左、右侧下关节突最顶点之间的距离。

1.7 统计学分析 将数据录入Excel，采用 SPSS 13.0统计软件对测得的数据统计并进行分析，数据采用x(_)±s表示；左、右侧别间和同侧上一椎体下关节面与下一椎体上关节面间采用配对t 检验；同一测量参数在不同椎序间的比较采用多样本均数比较的方差检验方法(One-Way ANOVA)，多样本均数的两两比较选用SNK法；以上均确立检验水准为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

讨论

脊柱是上承颅脑、下连髂骨、中附肋骨，参与构成胸廓、腹腔及骨盆后壁的力学桥梁与身体支柱，其承受着有别于其他脊椎动物的由“横梁”变“立柱”的力学载荷，其4个生理性弯曲使脊柱成为一个刚柔并济﹑柔韧有余的“精密大弹簧”，然而4个弯曲的形成并非与生俱来，而是与日俱增、日新月异地随年龄增长逐渐发育形成；但无论何年龄段，脊柱均担负着支撑身体、减少震荡、多维运动、保护内脏和传递信息等重要功能。关节突作为脊柱后柱的重要组成部分，其关节直接承受着脊柱前屈、后伸、压缩、牵拉、剪切、扭转等负荷，脊柱关节突关节的方向从颈椎段“近水平位”，逐渐到胸椎段“近冠状位”，再到腰椎段的“近矢状位”，此结构特征的变化是脊柱所特有，而且其作为运动枢纽，对维持脊柱稳定及正常生理活动起着至关重要的作用^[13]。同时脊柱结构的稳定性对于维持脊柱正常形态和生理功能也具有重要意义，椎体、椎间盘和脊柱韧带对维持小关节的稳定和平衡为静力平衡；脊柱周围肌肉、肌腱及内压对维持小关节稳定和平衡的作用为动力平衡^[14]。关节突关节对脊柱的影响介于动静平衡之间，不同脊柱节段其形态特征和力学作用也不尽相同。

3.1 胸椎关节突关节的解剖特点脊柱的关节结构包括“椎体关节”和关节突关节，其中胸椎和腰椎的关节突关节又称为后关节或椎间关节，而在颈椎中还有钩椎关节(Luschka关节)，是整个脊柱进行屈伸、旋转、侧屈、环转等运动的重要基础力学结构^[15]。Denis^[2]于1983年首次提出了脊柱“三柱理论学说”，强调了韧带对脊柱稳定性的作用，前纵韧带、椎体前2/3、椎间盘及纤维环的前1/2构成前柱，椎体后1/3、椎间盘及纤维环的后1/2、后纵韧带和椎管构成中柱，椎板、黄韧带、棘上和棘间韧带，棘突等脊柱附件构成后柱。关节突关节作为后柱的重要结构，已被国内外学者证实其承受的压力是不断发生变化的，它的特殊结构及排序是应力分布均衡的结果，同时具有引导和限制脊柱节段运动方向的作用^[16-19]。在不同脊柱节段，关节突在脊柱运动过程中所扮演的角色不同，其中颈椎和腰椎的关节突关节具有相对较大的活动度，而胸椎关节突关节的活动度因胸廓影响则明显小于前二者，同时在发育过程中关节突关节面形成了从颈椎近似水平位，逐渐到胸椎近似冠状位最后到腰椎近似矢状位的变化规律。但胸椎是脊柱中起到承上启下的特殊节段，是受力相对集中的区域，因其上方与活动度较大的颈椎相连，下方与主要承重且活动度仍较大的腰椎相续，同时又与12对肋相连构成胸廓，参与呼吸和保护内脏器官的角色，此交界区有着不同于其他节段的生物力学性质，也是脊柱创伤、退行性病变、结核及肿瘤的好发部位。

胸椎关节突关节是由下位椎骨的上关节突及上位椎骨的下关节突所形成的近似平面型的微动小关节，外面覆盖关节囊，属滑膜关节，其关节囊位于关节的后外侧，而在关节的前内侧则与黄韧带相融合，是胸椎之间互相连接的重要关节，也是构成胸椎运动节段的主要骨性结构，在维持胸椎的结构稳定及正常生理运动中具有重要作用；同时胸椎关节突关节也是胸椎管和椎间孔后壁的重要构成部分，其前方与脊髓和神经相毗邻，当胸椎关节突增生肥大时可凸入椎管内，压迫邻近的胸段脊髓或神经根，从而出现一系列临床症状。胸椎后方的两个关节突关节与前方的椎间盘共同被称为胸椎运动的“三关节联合体”，承受着脊柱前屈、后伸、压缩、牵拉、剪切、扭转等负荷，对脊柱的轴向活动起着稳定、制约作用，在维持胸椎运动及稳定方面具有十分重要的生物力学意义^[20]。

3.2 关节突关节的形态学特征在脊柱运动中的意义关节突关节是维持整个脊柱稳定和正常生理活动的重要骨性结构。双侧关节突形态不对称也是引起椎体退行性变的原因之一^[21]，目前的研究主要集中于成人颈椎和腰椎，在青少年群体中王大林等^[22]通过对青少年腰椎关节突关节不对称性的研究，发现腰椎关节突关节的形态和关节角的不对称性在青少年腰椎间盘突出症的发生率较高，其认为可能是青少年腰椎间盘突出症发生的原因之一。就胸椎而言，目前的研究也多集中于上、中、下胸椎节段性的研究，在对全胸椎的关节突研究中，国内学者徐荣明等^[10]曾对20具成人标本胸椎上下关节突的宽、高、厚进行测量研究，其旨在为胸椎关节突关节螺钉内固定提供临床参数，通过测量得出胸椎上关节面的宽8.45-11.07 mm，高7.83-11.52 mm，厚3.87-5.71 mm；胸椎下关节面的宽9.80-12.60 mm，高8.63-12.13 mm，厚4.20-6.01mm；Kunkel等^[12]则对T₁-L₅的上下关节突关节面宽、高和关节突间距进行测量，得出上、下关节突关节面宽均值在10-13 mm间，走势总体呈“V”字型，最小值位于T₆处，上、下关节突关节面高均值在10-14 mm之间，走势呈“波浪状”，没有明显规律性，左右侧关节突间距呈逐渐递增趋势，上下关节突间距则先降低而后增高；以上研究均针对于成人，本研究所测关节突关节面宽在7-10 mm之间，宽度略小于二人所测结果，总体走势和Kunkel所测一致，先从T₁开始逐渐较小，到T₆处为最小值，而后开始逐渐增大，在关节突关节面高的测量中本文所测均值在7-10 mm之间，与徐荣明所测接近，但和Kunkel所测相差不大，说明关节突关节面高在不同年龄段相差不大，本研究所测关节突关节厚要大于徐荣明所测值，考虑测量选取点不同所致；在关节突间距的测量结果与Kunkel所测走势一致，上关节突间距与下关节突间距总体变化不明显，而左右侧关节突间距则随着椎序的增加渐呈递增趋势，也符合脊柱的生长发育规律。此外，在关节突形态特征的不对称性研究中，在左右侧别间除个别椎序间存在显著性差异外，其余均差异无显著性意义，因此，可以得出10-12岁儿童在关节突关节的形态特征中可能不存在关节突关节的不对称性。

关节突关节的形态特征也与经关节螺钉或经椎板关节突关节螺钉固定治疗胸椎间盘突出、退行性变和肿瘤等疾病有着密切的联系，由于胸椎椎弓根直径、椎弓根与脊髓、神经根之间的距离均较小等特点，且胸椎各椎体间有较大的个体化差异(尤其以中上胸椎为著)，因此，决定了胸椎的置钉风险性相对于颈椎和腰椎要高，同时发生并发症的概率也增大^[23]。在胸椎减压或置钉时需要切除部分关节突，切除范围的多与少直接影响了脊柱的稳定性，这也通过生物力学和有限元分析的测定得到验证^[24-28]，Sherazi Adl^[29]研究指出，当关节突切除大于1/2时，腰椎旋转活动失去了骨性结构的限制，活动范围均不同程度增大，影响了脊柱的稳定性。丁文元等^[18]通过对单侧胸椎关节突切除后，发现对胸椎功能单元的前屈和后伸影响不大，而对左右侧屈有影响，并且左右侧旋转活动范围明显增大；郭功亮等^[30]对下颈椎关节突切除范围大于1/2时，发现同样会导致左右侧弯曲及左右旋转范围增大。所以，业内学者认为当胸椎关节突切除范围小于1/2时一般不影响椎体的稳定性。

结论：①利用三维重建技术可直观、立体地显示和任意切割层面并行观察与测量关节突的各相关参数，在三维条件下对各指标的直接测量较利用游标卡尺工具在大体标本上测量及X射线片等二维平面测量更具有精确性，提高了测量的精确度；②10-12岁儿童关节突关节面宽和高总体较成人小，关节突间距在上关节突间距与下关节突间距总体变化不明显，而左右侧关节突间距则随椎序的增加渐呈递增趋势，符合儿童脊柱生长发育规律，10-12岁儿童关节突的形态特征与成人间存在着不同，在临床行经关节突螺钉置入和关节突切除手术时，不能完全参照成人数据，应结合各年龄儿童关节突关节的特点。

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

三维数字化重建10-12岁儿童胸椎关节突的形态特征

Morphological characteristics of thoracic vertebrae in children aged from 10 to 12 years with three-dimensional digital reconstruction

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[1]	徐峰, 康辉, 魏坦军, 席金涛. 椎弓根螺钉不同固定方法治疗胸腰椎骨折的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1313-1317.
[2]	张振华, 刘姿辰, 禹宝庆. 聚己内酯及其复合材料在组织工程骨构建中的地位与问题[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3571-3577.
[3]	李岳飞, 李瑞, 任佳彬, 刘鑫, 孙宁, 刘维克, 毕经纬, 孙兆忠. 三维CT指导经皮内镜后外侧入路治疗胸椎间盘突出症建立良好的骨性通道[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(21): 3354-3359.
[4]	刘蓬然, 焦瑞, 陶金, 陈辉, 戴纪杭, 颜连启. 不同界面假体全髋关节置换治疗老年髋关节疾病的比较[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(15): 2347-2351.
[5]	何仁建, 余超, 罗园超, 刘旭, 杨富国. Mimics软件评估椎体成形中骨水泥的安全剂量[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1482-1488.
[6]	赵春涛, 卿明松, 余浪波, 彭笳宸. 运动学对线和机械力学对线指导全膝关节置换效果的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(9): 1435-1442.
[7]	涂鹏程, 郭杨, 马勇, 潘娅岚, 郑苏阳, 王礼宁, 吴承杰, 过俊杰. 威灵仙提取物可促进体外牵张应力环境下软骨细胞表型的维持[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(8): 1182-1187.
[8]	张聪, 赵岩, 杜小宇, 杜欣瑞, 庞廷娟, 付怡凝, 张浩, 张步洲, 李筱贺, 王利东. 青少年特发性脊柱侧凸腰主弯患者腰椎-骨盆的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(8): 1155-1161.
[9]	许国峰, 李学斌, 唐一钒, 赵寅, 周盛源, 陈雄生, 贾连顺. 人黄韧带细胞骨化发生过程中的自噬[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(8): 1174-1181.
[10]	林明, 潘金勇, 张惠荣. 敲除NIPBL基因可下调小鼠骨髓间充质干细胞增殖及成骨分化能力[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(7): 1002-1008.
[11]	岑妍慧, 夏猛, 贾微, 罗伟生, 林江, 陈松林, 陈炜, 刘鹏, 黎明星, 李景云, 李曼莉, 艾丁丁, 蒋云霞. 黄芩素能下调诱捕受体3表达抑制肝癌干细胞的生物学行为[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(7): 1023-1029.
[12]	刘群, 孙东东, 高丽兰, 何志江, 孙明林. 经皮椎体后凸成形后再发骨折相关因素的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(6): 976-984.
[13]	和雨洁, 王海燕, 李志军, 李筱贺, 蔡永强, 戴丽娜, 许阳阳, 王一丹, 徐雪彬. 学龄期儿童胸椎经“椎弓根-肋骨”单元内固定的数字化测量[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(6): 869-876.
[14]	刘路, 王星, 康小燕, 李贵花, 李筱贺, 高尚, 蔡永强, 张少杰, 李志军. 7-12岁儿童颈椎关节突关节的数字化三维形态研究[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(6): 877-881.
[15]	严舒, 卢岩, 欧阳昭连. 中国组织工程领域2013至2018年国家自然科学基金资助项目分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(5): 731-735.