CT影像测量新疆汉族与维吾尔族男性胸腰段椎弓根的应用解剖特点

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.15.019

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (15): 2400-2405.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.15.019

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CT影像测量新疆汉族与维吾尔族男性胸腰段椎弓根的应用解剖特点

杨晓凯，刘帅，李磊，黄卫民，张玉坤，毕金坤，周纲

新疆医科大学第六附属医院脊柱外科二病区，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830002

出版日期:2017-05-28 发布日期:2017-06-07
通讯作者: 周纲，硕士，副主任医师，新疆医科大学第六附属医院脊柱外科二病区，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830002
作者简介:杨晓凯，男，1989年生，河北省行唐县人，汉族，硕士研究生，主治医师，主要从事脊柱外科研究。
基金资助:
新疆维吾尔自治区自然科学基金(2016D01C221)

Thoracolumbar pedicle anatomy in Han and Uygur male population in Xinjiang Uygur Autonomous Region: a computed tomography-based morphometric study

Yang Xiao-kai, Liu Shuai, Li Lei, Huang Wei-min, Zhang Yu-kun, Bi Jin-kun, Zhou Gang

Second Ward, Department of Spine, Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830002, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Online:2017-05-28 Published:2017-06-07
Contact: Zhou Gang, Master, Associate chief physician, Second Ward, Department of Spine, Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830002, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
About author:Yang Xiao-kai, Master, Attending physician, Second Ward, Department of Spine, Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830002, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
Supported by:
the Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region, No. 2016D01C221

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

横断面椎弓根宽度：横断面椎弓根内外侧皮质外缘之间的最短距离。

椎弓根螺钉置入深度：椎弓根螺钉进钉深度与内固定系统的稳定性呈正相关性，随着进钉深度增加，内固定系统的稳定性呈增高趋势。并且只有进钉深度足够，才能保证从椎弓根传递到脊柱的力量通过椎体的力学核心，抵抗了前柱损伤造成的轴向剪切力，有效提高了骨折后脊柱的稳定性。提示脊柱外科内固定手术中，在确认椎弓根螺钉不穿透椎体前缘皮质的前提下，应尽可能地增加进钉深度，以增加内固定的生物力学稳定性。

摘要

背景：胸腰段(T₁₁-L₂)由于其特殊的解剖结构与生物力学特征而容易发生损伤，因此术前充分的了解椎弓根形态及术中寻找有形的、恒定的、且顺应椎弓根轴线的进钉点标志对安全置入椎弓根钉极为重要。

目的：CT扫描并测量汉族与维吾尔族男性胸腰段椎弓根应用解剖的相关参数，为临床应用椎弓根螺钉内固定提供应用解剖学资料。

方法：用CT对120例成年男性受检者(汉族60例，维吾尔族60例)的胸腰段(T₁₀-L₃)椎体进行扫描，扫描后的图像行三维重建，在骨窗窗位下使用浏览器中角度及长度测量工具测量并记录横断面椎弓根宽度(TPW)，椎弓根轴线长度(PAL)，椎弓根横断面角(TPA)和椎弓根矢状面角(SPA)。同时记录受检者的年龄、身高。以上数据运用SPSS 13.0软件进行统计学处理。

结果与结论：①汉族组在T₁₂和L₁节段的横断面椎弓根宽度均值大于维吾尔族；②汉族组在T₁₂和L₂节段的椎弓根横断面角均值大于维吾尔族；③汉族组在T₁₁和L₁节段的椎弓根轴线长度和椎弓根矢状面角均值大于维吾尔族，差异有显著性意义(P < 0.05)。④实验所测量汉族与维吾尔族男性胸腰段弓根各径线的数据部分有差异，任何椎弓根形态测量所得的均数值只能为安全置入椎弓根螺钉提供一个参考。在椎弓根螺钉置入术前行CT测量相关参数，并制定个体化置钉方案，能有效降低因误置而导致的不必要的术后并发症发生率。

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: 0000-0003-3038-6701(杨晓凯)

关键词: 骨科植入物, 脊柱植入物, 胸腰段, 椎弓根, 应用解剖, 汉族, 维吾尔族, CT, 新疆维吾尔自治区自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: Thoracolumbar segments (T₁₁-L₂) prone to damage due to its special anatomical and biomechanical characteristics. Therefore, fully understanding the shape of pedicle of vertebral arch and finding the visible, constant, and the point of insertion of the pedicle axis is very important to the safety of pedicle screw placement.

OBJECTIVE: To measure the surgically relevant parameters of thoracolumbar pedicles between Han and Uygur males using computed tomography (CT) scan to provide some anatomic reference data for pedicle screw fixation.

METHODS: The vertebral bodies and pedicles of adult males were scanned (60 cases of Han people and 60 cases of Uygur people) from T₁₀-L₃ with CT. The parameters were processed by three-dimensional reconstruction. Transverse pedicle width, pedicle axis length, transverse pedicle angle, and sagittal pedicle angle were measured by using length and angle measurement tool of browser in bone-window CT images. The age and stature information were recorded. All the data above were processed by SPSS 13.0 software.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The mean transverse pedicle width of T₁₂ and L₁ in Han was bigger than that in the Uygur. (2) The mean transverse pedicle angle of T₁₂ and L₂ in Han was bigger than that in the Uygur. (3) The mean pedicle axis length and sagittal pedicle angle of T₁₁ and L₁ in Han were bigger than that in the Uygur (P < 0.05). (4) There were some differences among some parameters of the thoracolumbar pedicles between the Han and Uygur people. Data from any study only can be used as a guide for pedicle screw fixation. Preoperative CT evaluation may provide an individualized strategy to reduce the incidence of postoperative complications caused by misplacement.

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: Thoracolumbar, Pedicle, Anatomy, Han Uigur, CT

中图分类号:

R318

杨晓凯，刘帅，李磊，黄卫民，张玉坤，毕金坤，周纲. CT影像测量新疆汉族与维吾尔族男性胸腰段椎弓根的应用解剖特点[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(15): 2400-2405.

Yang Xiao-kai, Liu Shuai, Li Lei, Huang Wei-min, Zhang Yu-kun, Bi Jin-kun, Zhou Gang. Thoracolumbar pedicle anatomy in Han and Uygur male population in Xinjiang Uygur Autonomous Region: a computed tomography-based morphometric study [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(15): 2400-2405.

图/表（结果） 3

2.1 参与者数量分析 纳入患者120例，分为2组，按意向性处理分析，全部进入结果分析。

2.2 两组受试者基线资料比较 两组数据基线比较差异无显著性意义，见表1；左右两侧胸腰段椎弓根形态各参数比较均差异无显著性意义。分组流程图见图3。

2.3 横断面椎弓根宽度 汉族与维吾尔族男性横断面椎弓根宽度均值在T₁₀至L₃节段基本呈递增趋势(图4)，最窄处均在T₁₀，差异无显著性意义(P > 0.05)，最宽处均在L₃，差异无显著性意义(P > 0.05)，见表2。汉维两组均表现为：T₁₀至T₁₂递增，随后T₁₂至L₁稍微减小，L₁至L₃又急剧增大。汉族组在T₁₂和L₁节段的横断面椎弓根宽度均值大于维吾尔族，差异有显著性意义(P < 0.05)。余节段差异无显著性意义。

2.4 椎弓根轴线长度 汉族与维吾尔族男性椎弓根轴线长度均值在T₁₀至L₃节段呈递增趋势(图5)，汉维两组最小均值在T₁₀，最大均值在L₃节段。汉族组在T₁₁和L₁节段的椎弓根轴线长度均值大于维吾尔族，差异有显著性意义(P < 0.05)。余节段差异无显著性意义(P > 0.05)，见表3。

2.5 椎弓根横断面角(e角) 汉族与维吾尔族男性椎弓根横断面角均值在T₁₀至T₁₂节段呈递减趋势，在T₁₂至L₃节段呈递增趋势(图6)。汉维两组最小均值在T₁₂，最大均值在L₃节段。汉族组在T₁₂和L₂节段的椎弓根横断面角均值大于维吾尔族，差异有显著性意义(P < 0.05)。余节段差异无显著性意义(P > 0.05)，见表4。

2.6 椎弓根矢状面角(f角) 汉族与维吾尔族男性椎弓根矢状面角均值在T₁₀至L₃节段呈递减趋势(图7)。汉维两组最小均值在L₃，最大均值在T₁₀节段。汉族组在T₁₁的椎弓根矢状面角均值大于维吾尔族，维吾尔族组在L₁节段椎弓根矢状面角均值大于汉族，差异有显著性意义(P < 0.05)。余节段差异无显著性意义(P > 0.05)，见表5。

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引言

材料方法

1.1 设计 解剖学测量两组对比分析。

1.2 时间及地点 收集2013年5月至2014年5月新疆医科大学第六附属医院脊柱外二科门诊和住院的以腰背疼为主诉的患者影像学资料。

1.3 对象

1.3.1 纳入标准以腰背疼为主诉在本科门诊和住院行胸腰椎X射线片(至少2名影像科医师签署的报告单)示无明显异常的病例。需再行CT检查的男性病例，告知患者本次研究所包含的检查项目、目的及意义，患者表示理解同意并签署知情同意书。

1.3.2 排除标准近2年患有脊柱病变(包括脊柱创伤、肿瘤、感染，先天性或者后天性脊柱畸形改变)、肺结核、恶性肿瘤病例。

符合纳入排除标准病例120例，其中汉族60例，年龄20-50岁，平均37.8岁，标准差10.21岁，身高170-180 cm，平均176.3 cm，标准差3.89 cm。维吾尔族60例，年龄20- 50岁，平均35.6岁，标准差9.43岁，身高170-180 cm，平均174.2 cm，标准差3.72 cm。

1.4 方法

1.4.1 测量方法使用本院Siemens Emotion 6排螺旋CT对受试对象行胸腰段(T₁₀-L₂)椎体扫描并行三维重建，扫描参数：准直器0.65 mm，层厚3 mm，重建增量1.5 mm。将重建后的图像传入到浏览器中，在骨窗窗位下由同一名医师使用浏览器中角度及长度测量工具对患者CT及三维重建影像进行测量。

1.4.2 测量指标 ①横断面椎弓根宽度：横断面椎弓根内外侧皮质外缘之间的最短距离(图1中A)；②椎弓根轴线长度：椎弓根后缘皮质中点沿椎弓根轴线至椎体前缘皮质的距离(图1中B)；③椎弓根横断面角(e角)：在横断面上椎弓根的轴线与正中线之间的夹角。即文中所说的椎弓根螺钉植入时的外展角(图1中e)；④椎弓根矢状面角(f角)：矢状面上椎弓根中轴线与椎体上缘切线的平行线之间的夹角，即文中所说的椎弓根螺钉植入时的头/尾倾角，当椎弓根轴线指向头端时f角为正，指向尾端时f角为负(图2)。

1.5 统计学分析 运用SPSS 13.0软件包对各项数据进行整理和统计分析，结果用x(_)±s表示，汉维两组的数据采用独立样本T-test方法进行统计学差异比较分析，确立检验水准为α=0.05，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

3.1 椎弓根应用解剖相关参数对临床应用椎弓根螺钉的影响 后路椎弓根螺钉植入技术已在脊柱外科手术中得到广泛应用，椎弓根被王方永等学者认为是脊柱坚强的力核中心，理想的椎弓根螺钉植入应是使螺钉沿椎弓根轴线方向进入，通过椎弓根中心到达椎体，这种固定方式同时固定了脊柱三柱，具有三维矫形固定的作用，提供了良好的生物力学稳定性。所以充分的了解椎弓根形态学及其相邻组织的解剖学关系，是决定手术成功与否的关键。

侯树勋等^[11]对国人下胸椎及腰椎椎弓根形态学特点进行研究发现，在各节段椎体中椎弓根的宽度均明显小于椎弓根的高度，所以应根据各椎弓根横断面的最短轴径(宽度)来选择椎弓根螺钉的直径，这样才能够最大程度的增加椎弓根螺钉的抗弯能力。杜良杰等^[12]通过对46具国人成年男性脊柱标本行CT测量，结果显示椎弓根宽度在T₈-T₁₂逐渐增大(3.33±1.51)-(6.33±2.07) mm，L₁较T₁₂略有减小，L₁-L₅又呈现逐渐增大的趋势(6.17±1.47)-(12.83± 1.83) mm。这与本研究结果趋势较为一致，差异性主要由于测量方法选择不同有关，本次椎弓根宽度数据是测量椎弓根双侧皮质加骨松质得出的，而部分学者则是单纯测量骨松质得出。一般而言，随着螺钉直径与椎弓根横径的比值增大，螺钉的把持能力亦会增大^[13]，同时也增大了椎弓根皮质破裂的风险，一方面可导致内固定强度的下降，另一方面穿破椎弓根内侧皮质则会引起神经损伤。有文献报道，螺钉直径只要达到椎弓根宽度的80%左右就能起到坚强固定的作用。椎弓根螺钉的直径、螺纹的形态及深度、螺纹切入皮质骨深度、患者的骨密度及置钉操作技术等多方面因素决定了椎弓根螺钉系统置入后的骨折复位效果及力学稳定性^[14-17]。汉族组在T₁₂和L₁节段的横断面椎弓根宽度均值虽大于维吾尔族，差异有显著性意义(P < 0.05)，但在实际操作过程中，胸腰段椎弓根钉的直径有6.0 mm、6.5 mm和7 mm可供选择。遵循上述标准及本次试验结果，作者建议在对汉族与维吾尔族男性胸腰段椎体置钉时，最好选用直径6.5 mm的椎弓根钉。

椎弓根的轴线长度与进钉方向(横断面角和矢状面角)是决定椎弓根长度的重要指标，李龙付等^[18]认为在沿着理想的进钉路径置入螺钉时，椎弓根螺钉的长度只要达到椎弓根轴线长度的80%，就可以起到坚强固定的作用。螺钉太长容易穿破椎体前皮质，太短则螺钉把持力不足，提示脊柱外科应用椎弓根螺钉手术中，在明确螺钉不穿透椎体前缘皮质的前提下，应尽可能地增加进钉深度，以增加内固定的生物力学稳定性^[19-21]。但在临床操作过程中，螺钉的置入长度必须充分考虑进钉点及进钉时的外展角和头尾倾角，在同一进钉点置入时的角度过大或者过小，都有可能导致脊髓或神经根损伤、硬膜撕裂、脑脊液漏、主动脉损伤、椎弓根骨折等并发症^[22-26]，胸腰段同时也属于脊髓与马尾神经移行区，因而此处脊柱骨折时可出现脊髓或马尾神经损伤症状^[27-28]。尽管由于每个外科医师会根据自己的临床经验及操作习惯对进钉点进行微小的调整，但不论选用何种进钉点，都要尽量保持与椎弓根轴线方向的一致性。通过对本研究所得数据分析，由同一医师选择相同进钉点的前提下，维吾尔族在T₁₂和L₂节段置钉时的外展角要小于汉族，维吾尔族在T₁₁和L₁节段置钉时的椎弓根钉长度及头倾角需小于汉族。

3.2 不同民族椎弓根形态差异的研究 国内外对于椎弓根形态的研究已有很多，积累了许多有重要参考意义的数据。Zindrick等利用CT对2 905个椎弓根进行扫描得出，L₁的横断面椎弓根宽度均数最小：8.7 mm，最大为L₅： 18.0 mm。L₁的e角最小：10.9°。椎弓根轴线长度最长的为L₂：51.9 mm。Acharya等^[7]对50名印度人的下胸椎(T₉-T₁₂)及全部腰椎(共450个椎体)行CT扫描得出横断面椎弓根宽度横断面椎弓根宽度均数最大在L₂：(13.91± 1.16) mm，最小出在T₉：(5.65±0.65) mm；横断面椎弓根宽度从L₅-T₉呈现递减趋势，但是T12的宽度要大于L1的宽度。T10-T12的椎弓根横断面角椎弓根横断面角均数为(-9.40±1.68)°-(10.69±1.27)°。L₁-L₃的椎弓根横断面角为(10.90±3.13)°-(15.40±3.57)°。椎弓根轴线长度椎弓根轴线长度均数最大为L₂：(49.03±2.79) mm。最小为T₁₁：(34.43± 5.08) mm和T₁₂：(34.43±6.44) mm。Acharya等^[7]将所测数据与Zindrick等^[29]所测数据进行对比分析后的得出印度人种与西方白色人种的椎弓根形态学参数具有显著差异，并且他认为种族之间的差异不单单是由个体的高矮胖瘦所决定的，还可能和不同的文化背景、饮食习惯及基因所决定。Abuzayed等^[8]利用薄层CT扫描对48名土耳其人种行椎体扫描并得出T₁₀-L₃椎体的横断面椎弓根宽度均数为(6.8±1.16)-(10.0±1.53) mm；椎弓根横断面角椎弓根横断面角均数为(13.8±3.8)°-(18±4.4)°。通过与目前的相关参考文献对比得出土耳其人种的椎弓根形态学参数与西方白人有显著性差异。新疆地区主要以汉族和维吾尔族人种为主要组成部分，目前国内关于基础测量的数据主要以汉族为主，很少有关于维吾尔族胸腰段椎弓根形态的研究。本次研究证实汉族与维吾尔族男性胸腰段椎弓根应用解剖部分参数具有差异性。但在临床操作中任何椎弓根形态测量所得的均数值只能为安全的置入椎弓根螺钉提供一个参考。在椎弓根螺钉置入术前行CT测量相关参数，并制定个体化置钉方案，能有效的降低因误置而导致的不必要的术后并发症发生率^[30]。

本次研究的不足之处在于用于对比的两组样本含量有所限制，因此，作者希望将来会有更大样本量的研究来探讨汉维椎弓根应用解剖参数的差异，为临床应用椎弓根螺钉内固定提供更为安全、可靠的置钉参考范围。
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

CT影像测量新疆汉族与维吾尔族男性胸腰段椎弓根的应用解剖特点

Thoracolumbar pedicle anatomy in Han and Uygur male population in Xinjiang Uygur Autonomous Region: a computed tomography-based morphometric study

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