下颈椎椎弓根钉进钉点与关节突间侧凹的三维定位关系

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.11.011

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (11): 1701-1706.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.11.011

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下颈椎椎弓根钉进钉点与关节突间侧凹的三维定位关系

卢政好¹，周菁华²，王卫国³

南华大学附属南华医院，¹脊柱外科，²放射科，湖南省衡阳市 421002；³中南大学湘雅三医院骨科，湖南省长沙市 410013

修回日期:2017-01-06 出版日期:2017-04-18 发布日期:2017-05-06
通讯作者: 王卫国，博士，主治医师，中南大学湘雅三医院骨科，湖南省长沙市 410013
作者简介:卢政好，男，1975年生，辽宁省大石桥市人，汉族，2000年中南大学湘雅医学院毕业，硕士，副主任医师，主要从事脊柱外科方面的研究

Three-dimensional analysis of pedicle screw entry point and lateral concave between articular process in lower cervical vertebrae

Lu Zheng-hao¹, Zhou Jing-hua², Wang Wei-guo³

¹Department of Spinal Surgery, Affiliated Nanhua Hospital, South China University, Hengyang 421002, Hunan Province, China; ²Department of Radiology, Affiliated Nanhua Hospital, South China University, Hengyang 421002, Hunan Province, China; ³Department of Orthopedics, the Third Xiangya Hospital, Central South University, Changsha 410013, Hunan Province, China

Revised:2017-01-06 Online:2017-04-18 Published:2017-05-06
Contact: Wang Wei-guo, M.D., Attending physician, Department of Orthopedics, the Third Xiangya Hospital, Central South University, Changsha 410013, Hunan Province, China
About author:Lu Zheng-hao, Master, Associate chief physician, Department of Spinal Surgery, Affiliated Nanhua Hospital, South China University, Hengyang 421002, Hunan Province, China

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

椎弓根钉进钉点：顾名思义就是经椎弓根固定时选择的螺钉入点，理想的椎弓根钉进钉点应位于椎弓根轴线在脊柱后柱的投影点上。正确选择进钉点是成功实行椎弓根钉固定技术的关键，因为它决定了进钉方向。目前，下胸椎和腰椎的椎弓根钉固定技术较为成熟。但在颈椎和中上胸椎，因为其椎弓根横径较为细小、周围毗邻关系复杂，所以导致该技术螺钉误置率较高，并发症较多，限制了临床应用。有鉴于此，进钉点的选择显得尤为重要。

关节突间侧凹：位于侧块外缘，为上下关节突间的凹陷部分，是下颈椎的固有结构。该解剖标志恒定、清晰可见、少有变异、未发现增生，而关节突增生后该结构更明显。下颈椎“关节突间侧凹”与椎弓根轴线在后柱的投影点有一定的定位关系。明确两者之间的定位关系，可为下颈椎椎弓根螺钉内固定提供一种安全、简便的进钉点选择方法。

摘要

背景：现有的下颈椎椎弓根钉固定技术均以关节突和侧块为参考标志，由于术者主观判断的差异，加之关节突增生的影响，进钉点的选择常有一定误差，易发生椎动脉或颈髓损伤等严重并发症，限制了该技术临床推广。目前临床上选择一个恒定的下颈椎椎弓根钉进钉点标志显得尤为重要。

目的：通过三维重建CT图像测量明确下颈椎椎弓根钉进钉点与“关节突间侧凹”的定位关系。

方法：对排除颈椎畸形的30例患者颈椎行三维重建CT扫描，观察“关节突间侧凹”的出现率和形态特征。在重建后的C₃-C₇特定CT图像上测定以下参数：①进钉点至侧块外缘的距离：经双侧椎弓根轴线横断面图像上椎弓根轴线在后柱表面投影点与侧块最外缘的距离；②进钉点至“关节突间侧凹”的距离：经单侧椎弓根轴线斜矢状面图像上椎弓根轴线在后柱表面投影点与“关节突间侧凹”的距离。统计每组参数的平均值和标准差，并比较各节段统计数据的差异。

结果与结论：①下颈椎“关节突间侧凹”明显，出现率为100%，解剖标志恒定且少有增生；②利用三维重建CT技术，可以成功获取C₃-C₇经双侧椎弓根轴线横断面和经单侧椎弓根轴线斜矢状面的图像；③在经双侧椎弓根轴线横断面图像上，C₃-C₇左右两侧进钉点至侧块外缘的距离分别为(4.1±0.9)mm和(4.3±0.9)mm，差异无显著性意义(P=0.609)。除了C₃与C₇、C₄与C₇，各节段同侧测量值的差异均无显著性意义(P > 0.05)；④在经单侧椎弓根轴线斜矢状面的图像上，C₃-C₇左右两侧进钉点至“关节突间侧凹”的距离距离分别为(-0.3±1.7) mm和(-0.3±1.6) mm，差异无显著性意义(P=0.916)。除了C₃与C₄，各节段同侧测量值的差异均有显著性意义(P < 0.05)；⑤以上结果提示，下颈椎椎弓根钉进钉点与“关节突间侧凹”在横断面上存在相对恒定的定位关系，而在矢状面上变异较大。

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: 0000-0001-9245-5587(卢政好)

关键词: 骨科植入物, 脊柱植入物, 下颈椎, 椎弓根螺钉, 内固定, 进钉点, 三维重建, CT, 测量, 关节突, 置钉准确性

Abstract:

BACKGROUND: The existing technique takes articular process and lateral mass as a reference mark. Due to differences of subjective judgment in operation and the impact of articular hyperplasia, some errors of screw entry point selection and serious complications such as vertebral artery or cervical spinal cord injury easily occurred, which limit the clinical application of the technique. At present, it is very important to select a constant reference mark of cervical pedicle screw entry point.

OBJECTIVE: Three-dimensional reconstruction CT images were made to measure the relationship between the lower cervical pedicle screw entry point and “the lateral concave between articular process”.

METHODS: Three-dimensional reconstruction of CT scan was performed in 30 patients with cervical deformity, and the occurrence rate and morphological characteristics of “the lateral concave between articular process” were observed. The following parameters were determined on specific reconstructed CT image of C₃-C₇: (1) the distance between pedicle axis projection point in the posterior surface and the outer edge of lateral mass in transversal section through bilateral pedicle axis and (2) the distance between the point and “the lateral concave between articular process” in oblique sagittal section through homolateral pedicle axis. Mean value and standard deviation were counted and statistics difference was compared.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) “The lateral concave between articular process” in lower cervical vertebrae was a obvious and less constant proliferative anatomical landmark and its occurrence rate was 100%. (2) Using CT technology of 3D reconstruction, C₃-C₇ lower cervical transversal section through bilateral pedicle axis and oblique sagittal section through homolateral pedicle axis were successfully obtained. (3) In transversal section, the left and right distances between C₃-C₇ pedicle axis projection point in the posterior surface and the outer edge of lateral mass were (4.1±0.9) mm and (4.3±0.9) mm, and the difference was not statistically significant (P=0.609). Except for C₃ and C₇, C₄ and C₇, there was no significant difference in the measured values of the same side (P > 0.05). (4) In oblique sagittal section, the left and right distances between C₃-C₇ point and “the lateral concave between articular process” were (-0.3±1.7) mm and (-0.3±1.6) mm, and the difference was not statistically significant (P=0.916). Except for C₃ and C₄, there was significant difference in the measured values of the same side (P < 0.05). (5) The above results suggest that the lower cervical pedicle entry point and “the lateral concave between articular process” have a relatively constant orientation relationship in transversal section and a large variation in the sagittal section.

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: Cervical Vertebrae, Bone Nails, Internal Fixators, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

卢政好，周菁华，王卫国. 下颈椎椎弓根钉进钉点与关节突间侧凹的三维定位关系[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(11): 1701-1706.

Lu Zheng-hao, Zhou Jing-hua, Wang Wei-guo. Three-dimensional analysis of pedicle screw entry point and lateral concave between articular process in lower cervical vertebrae [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(11): 1701-1706.

图/表（结果） 2

2.1 参与者数量分析 按意向性处理，纳入排除了颈椎炎症、骨折、脱位、肿瘤及先天畸形的头颈部创伤患者30例，全部进入结果分析，无脱落。试验流程图见图3。

2.2 下颈椎“关节突间侧凹”的位置和形态 颈椎CT三维重建模型上观察，下颈椎上下关节突之间存在明显的狭窄部分，呈带状从侧块外缘延伸至背面。该结构越靠外侧越明显，呈明显的凹陷，其存在率为100%，故称之为“关节突间侧凹”。背面观察其形态学特征：上关节突呈“﹀”形，下关节突呈“︿”字形，左右两侧基本对称，上下关节突间部分明显向中线凹陷，各颈椎形态上稍有差异，但基本为“)(”形。部分模型上观察到上下关节突增生，其发生率为57%(17/30)。而“关节突间侧凹”形态固定，无增生(图4)。

2.3 相关测量结果

测量者自身的测量误差：进钉点至侧块外缘的距离的变异系数：右侧为1.6%，左侧为2.1%；进钉点至“关节突间侧凹”的距离的变异系数：右侧为1.9%，左侧为2.7%。

测量者间的误差：进钉点至侧块外缘的距离的变异系数：右侧为3.5%，左侧为4.1%；进钉点至“关节突间侧凹”的距离的变异系数：右侧为3.8%，左侧为3.2%。所有变异系数均小于5%，提示测量者自身和测量者之间的误差较小，本组测量精确、可靠。以下数据为2名测量者反复测量3次所得的均值，见表1。

进钉点至侧块外缘的距离：C₃-C₇左右两侧进钉点至侧块外缘的距离分别为(4.1±0.9) mm和(4.3±0.9) mm，差异无显著性意义(P=0.609)。除了C₃与C₇、C₄与C₇，每侧测量值各节段间的差异均无显著性意义(P > 0.05)。

进钉点至“关节突间侧凹”的距离：C₃-C₇左右两侧进钉点至“关节突间侧凹”的距离距离分别为(-0.3±1.7) mm和(-0.3±1.6) mm，差异无显著性意义(P=0.916)。除了C₃与C₄，每侧测量值各节段间的差异均有显著性意义(P < 0.05)。

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引言

下颈椎后路内固定的方法大体有椎弓根螺钉固定和侧块螺钉固定两种^[1-4]。近年来研究表明，前者比后者固定更牢固，椎弓根螺钉固定技术越来越受到临床医生的重视^[5-6]。由于颈椎特殊的解剖结构和周围重要的毗邻关系，决定了颈椎椎弓根螺钉固定手术的复杂性和风险，是椎弓根螺钉固定难度较大的节段^[7-8]。在临床应用中，成功实施椎弓根螺钉固定技术有三要素：安全的进钉点、进钉方向和进钉深度。进钉点的确定是实施椎弓根螺钉固定的第一首要步骤，它决定了进钉方向和进钉深度，是能否成功实施该技术的关键。

自从Abumi等^[9]于1994年首次报道应用椎弓根螺钉固定技术治疗C₂-C₇颈椎损伤患者以来，现在已有多种颈椎椎弓根钉置入方法见诸报道。下颈椎椎弓根螺钉固定系统置钉方法主要包括以下几种：①Abumi法；②Ebraheim法；③王东来法；④谭明生“管道疏通法”。这些方法均以颈椎关节突和侧块作为进钉点的参考标志，虽然这些参考标志术中清晰可见，但是临床手术置钉时由于术者的主观判断差异，加之关节突增生的影响，进钉点的选择常有一定误差，易发生椎动脉或颈髓损伤等严重并发症，限制了该技术临床推广。因此，以上传统的进钉点的确定方法存在一定的缺陷，临床上选择一个类似腰椎人字嵴的恒定的下颈椎椎弓根钉进钉点标志显得尤为重要。

实际上，理想的颈椎椎弓根钉进钉点应位于椎弓根轴线在脊柱后柱的投影点上，这样螺钉才能沿椎弓根轴线放入，椎弓根的横径和矢径才能最大限度地得到利用。对于颈椎而言，椎弓根螺钉固定技术才能更安全有效的实行。文章目的是利用三维重建CT图像获取经过椎弓根轴线的横断面和斜矢状面图像，以术中能够见到的下颈椎特有的“关节突间侧凹”结构为参考标志，确定椎弓根轴线在后柱表面的投影点与“关节突间侧凹”的定位关系，从而提供一种确定安全的下颈椎椎弓根钉进钉点的方法。中国

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材料方法

1.1 设计 临床影像重复测量试验。

1.2 时间及地点 于2016年3至8月在南华大学附属南华医院放射科完成。

1.3 对象 纳入2016年3至8月在南华大学附属南华医院门急诊就诊或住院的头颈部创伤患者30例，男17例，女13例；年龄19-71岁，平均45.6岁；最后诊断：颈椎及颅内未见异常18例，颅内出血5例，无骨折脱位型颈髓损伤7例。

纳入标准：①年龄>18岁；②CT扫描证实颈椎骨性结构发育正常。

排除标准：①颈椎骨折和/或脱位；②颈椎肿瘤或炎症导致的骨质破坏；③颈椎先天性畸形。

1.4 方法

CT扫描方法：采用GE 64排宝石能谱螺旋CT机进行扫描。体位：头先进，仰卧位，头颈部与床面中线重合并垂直床面。扫描范围：C₁-T₁。扫描参数：螺旋扫描，每圈 0.6 s，层厚5 mm，层间距5 mm，螺距0.984∶1，管电压 120 kV，自动管电流，显示野20 cm。

测量方法：利用CT扫描后的原始数据重建层厚 1.25 mm、层间距0.625 mm轴位图像，并将该图像传到AW4.6工作站(GE公司)进行二维及三维CT图像重建，获取矢状面、冠状面和横断面的图像。分别在矢状面和横断面图像上获取C₃-C₇经过且平行于双侧椎弓根轴线前后走向的横断面图像和经过单侧椎弓根长轴的斜矢状面图像(图1)，设置条件为层厚1 mm、层距1 mm、层数15及显示野20 cm。在重建后的椎弓根直径最大的图像上测量如下参数(图2，长度的测量精度为0.1 mm)：①进钉点至侧块外缘的距离：横断面图像上椎弓根轴线与后柱的交点到侧块外缘的距离(交点在侧块外缘的内后侧为正值)；②进钉点至“关节突间侧凹”的距离：斜矢状面的图像上椎弓根轴线与后柱的交点到“关节突间凹陷”的距离(交点在“关节突间凹陷”的上方为正值)。

1.5 主要观察指标 进钉点至侧块外缘的距离和进钉点至“关节突间侧凹”的距离。

1.6 统计学分析 采用SPSS 19.0软件对测量数据进行统计学分析，计算各指标的平均值和标准差。计量资料用 x(_)表示。相同节段两侧的测量值行配对t 检验。每一指标不同序数椎体间的测量值行单因素方差分析(One-way ANOVA)，并行两两比较(SNK法)。以P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

3.1 研究下颈椎椎弓根钉进钉点与“关节突间侧凹”三维定位关系的影像解剖学依据 近年来，国内外学者对下颈椎椎弓根螺钉固定的研究逐渐增多，主要集中在进钉点、进钉方向和安全进钉深度三方面^[10-12]。进钉点的确定是施行下颈椎椎弓根螺钉固定技术的前提，由于下颈椎的椎弓根结构较为细小、变异较大和椎弓根周围毗邻重要结构的原因，要求选择准确的椎弓根螺钉进钉点，才能最大程度的利用椎弓根通道，所以国内外众多学者对下颈椎椎弓根钉进钉点进行了广泛且深入的研究^[13-16]。国外出现较早的进钉点选择方法有Abumi法、Jeanneret法、Ludwig法和Ebraheim法。其中Abumi法椎弓根钉入点定位为固定椎上位椎下关节突下端的略下方侧块外缘向内约5 mm处^[9]。Jeanneret法椎弓根钉入点定位为关节突中线距上关节面下缘3 mm^[17]。Ebraheim等^[18]1997年提出进钉点水平参考线是经过上关节突最下缘的水平线, 垂直参考线是侧块外缘连线。Ludwing法用横径比率和纵经比率来定位椎弓根钉入点^[19]。国内学者做了一些重要改进，最早由王东来等^[20]提出，该法以颈椎关节突背面中点为原点，建立平面直角坐标系，进针点在外上象限的终点。谭明生等^[21]于2002年提出“管道疏通法”，该法于侧块背面上1/2偏外区域用咬骨钳或磨钻去除皮质骨开口，用刮匙以旋转方式刮除松质骨，暴露椎弓根管口和椎弓根管腔，直视下置钉。侯黎升等^[22-23]于2008年提出“改良Abumi法”，该法分寻找椎弓根入口和椎弓根髓腔钻孔两步，于下关节突基底下方外1/4处后皮质为椎弓根钉进钉点，咬除皮质骨后用圆形探针探测内壁的完整性，寻找髓腔后置钉，并命名为“入口内壁探测法”。这些方法均以侧块和固定椎上位椎下关节突作为进钉点的参考标志，虽然这些参考标志术中清晰可见，但是在临床手术置钉时上关节突最下缘可能因为颈椎前后曲度变化而导致术者的主观判断差异，加之关节突增生的影响，进钉点的选择常有一定误差，易发生椎动脉或颈髓损伤等严重并发症，限制了该技术临床推广。所以，能否寻找到一个恒定的少有变异且不受术中患者体位影响的解剖结构作为下颈椎椎弓根钉进钉点，是临床上安全施行下颈椎椎弓根螺钉固定技术的关键点之一。近年来，有学者试图采用颈椎前路施行椎弓根螺钉固定技术^[24-27]，虽然在解剖学和影像学做了大量研究，但是仅限于探索阶段，由于其独特的置钉方式，目前还不能作为一种常规的颈椎内固定方式应用于临床。Lee等^[28]推荐C₃-C₆进钉点位于侧块外缘凹陷的内侧2 mm，虽然应用该技术椎弓根螺钉的穿透率为5.2%，但为本研究的设计提供了思路。

CT扫描三维重建技术可以满足测量颈椎椎弓根相关参数的需求，为临床椎弓根钉的置入提供准确的参考数据，提高椎弓根螺钉置入的安全性和精确性^[29-32]。本研究通过对下颈椎CT三维重建模型的观测，进一步明确了下颈椎“关节突间侧凹”结构，这与国内学者闫德强等^[33]的“关节突间侧凹”存在率达100%的研究结论一致。刘宗良等^[34]通过对成人尸体头颈标本的研究发现，“关节突间侧凹”为颈神经后支骨纤维管内壁，是颈椎的固有结构。“关节突间侧凹”结构与椎弓根关系紧密，在C₃-C₅最明显，在C₆-C₇稍平坦，但仍然清晰可认。本文观察到下颈椎关节突增生的发生率在50%以上，不仅仅出现在高龄患者中，年轻的患者中也可见到，这就能解释以关节突作为进钉点参考标志导致下颈椎椎弓根螺钉误置率较高的原因^[35-36]。“关节突间侧凹”为上下关节突间的部分，其本身无增生，而关节突增生后该结构更明显。因此，无论关节突增生与否，下颈椎“关节突间侧凹”解剖标志都十分明显，变异较少，且与椎弓根关系密切，可以作为椎弓根钉进钉点标志的参考。

本文结果显示，下颈椎椎弓根钉进钉点在水平参考线上位于侧块外缘内侧约4 mm处，较为恒定。进钉点在垂直参考线上与“关节突间侧凹”不完全重合，而位于该凹陷上下较小的区域内，变异较大。在C₃和C₄节段，进钉点在“关节突间侧凹”至其下方3 mm的区域内；在C₅节段变异较大，进钉点在“关节突间侧凹”上下2 mm的区域内；在C₆和C₇节段，进钉点在“关节突间侧凹”至其上方2 mm的区域内。

3.2 以下颈椎“关节突间侧凹”作为椎弓根钉进钉点参考标志的优点 现有的下颈椎椎弓根钉固定技术需暴露侧块和关节突的全貌，采取各种不同的方法确定椎弓根钉进钉点。由于绝大多数方法均以关节突为参考标志之一，所以在关节突增生和术者主观判断偏差的双重因素影响下，导致临床螺钉误置率较高^[37]。

本研究发现，“关节突间侧凹”为下颈椎固有的特殊结构，变异较少，相对恒定。以“关节突间侧凹”作为椎弓根进钉点参考标志，具有以下优点：①手术时只需重点暴露侧块的外缘，寻找“关节突间侧凹”结构。因为不以关节突为参考标志，所以不必破坏关节囊，减小了手术创伤；②该参考标志容易辨认，术中在侧块最外缘容易探及；③由于下颈椎椎弓根内侧、上方和外侧分别毗邻脊髓、神经根和椎动脉，所以术中具体操作时，将进钉点适当下移2 mm更为安全，应坚持“内外适中、宁下勿上”的原则^[38-40]。根据此原则及本研究结果，在C₅-C₇节段，可初步将侧块外缘内侧4 mm“关节突间侧凹”处作为进钉点；在C₃和C₄节段，将该点下移2 mm即可确定为进钉点。这样简化了定位步骤，提高了进钉点的安全性。

3.3 本研究的不足和局限性 由于本试验样本量较小，所测得的结果未能揭示在不同年龄和不同性别人群中，下颈椎椎弓根钉进钉点与“关节突间侧凹”的三维空间定位关系是否存在差异，这是本研究的不足之处，有待于进一步完善。另外，本研究所选取的样本均来源于本地区，所得结论能否反映国人总体下颈椎“关节突间侧凹”的解剖特点及其与下颈椎椎弓根钉进钉点的空间定位关系，还有待于多中心大样本的进一步研究。

总之，下颈椎“关节突间侧凹”结构恒定，易于辨认和寻找，与椎弓根钉进钉点三维关系密切，不受关节突增生的影响。本研究结果显示的两者之间的三维空间定位关系，可以为下颈椎椎弓根螺钉固定技术提供一种安全、简便的确定进钉点的方法。

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

下颈椎椎弓根钉进钉点与关节突间侧凹的三维定位关系

Three-dimensional analysis of pedicle screw entry point and lateral concave between articular process in lower cervical vertebrae

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