2.1  患者数量分析  共有100例患者纳入研究，手术均顺利完成，所有患者手术前后均行腰椎CT检查，无脱落数据。

2.2  试验流程图  见图3。

2.3  研究结果  共计置钉478枚，术前组显示标定圆侵犯关节突关节109枚，占比22.8%，L₁-L₅标定圆侵犯关节突关节螺钉数及占比分别为6枚(6.8%)、9枚(10.5%)、19枚(18.3%)、30枚(30.0%)和45枚(45.0%)。术后组显示关节突关节损伤115枚，占比24.1%，L₁-L₅螺钉损伤关节突关节螺钉数及占比分别为10枚(11.4%)、7枚(8.1%)、15枚(14.4%)、26枚(26.0%)和41枚(41.0%)；术前组及术后组组内不同节段间关节突关节损伤比率比较差异有显著性意义(P=0.000)，见表3及图4。

McNemar配对χ²检验不同腰椎节段P 值分别为：L₁ P=0.08，L₂ P=0.22，L₃ P=0.20，L₄ P=0.05，L₅ P=0.08，2组结果比较差异无显著性意义。

Kappa检验2组一致性：L₁ Kappa值=0.67，L₂ Kappa值=0.80，L₃ Kappa值=0.80，L₄ Kappa值=0.87，L₅ Kappa值=0.92，2组数据一致性较好。

2.4  植入物与宿主的生物相容性  患者置入的椎弓根钉生物相容性较好，患者术后1个月内均未出现植入物周围感染、松动、过敏反应、免疫反应及排斥反应等。

1982年MARGEL^[1]首次采用经皮椎弓根置钉技术治疗胸腰椎骨折，与开放椎弓根置钉技术相比，具有出血少、创伤小及恢复快等优点，目前已被广泛应用于腰椎退行性疾病、胸腰椎骨折及畸形的治疗^[2]。近年来，有文献报道经皮椎弓根置钉技术相较于开放置钉技术，关节突关节损伤率较高，而关节突关节损伤是腰椎术后发生邻椎病的高风险因素^[3-5]，增加了再次手术的风险。因此在经皮椎弓根钉置钉过程中，术者不仅需要注意避免螺钉突破椎弓根内壁及下壁从而避免损伤脊髓、神经根或硬脊膜，还需要关注如何避免损伤关节突关节。此次研究采用一种CT模拟法，通过对术前腰椎CT进行矢状面、水平面及斜冠状面的多平面重建，在斜冠状面模拟并观察螺钉标定圆与关节突关节的位置关系，观察标定圆是否侵犯关节突关节，并据此为判断术后螺钉是否可能侵犯关节突关节提供一种可靠的预估方法。

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

1.1  设计  测量学对比试验。

1.2  时间及地点 于2019年6至8月在山西白求恩医院骨科3D打印研究室完成。

1.3  对象  纳入2017年1月至2018年9月行腰椎经皮椎弓根钉置入内固定治疗的患者，男64例，女36例；年龄19-69岁，平均(51.44±17.31)岁；其中L₂椎体压缩性骨折患者40例，行经皮椎弓根钉撑开复位内固定治疗；腰椎管狭窄症患者60例，行微创经椎间孔腰椎间融合治疗。L₁置钉88枚，L₂置钉86枚，L₃置钉104枚，L₄、L₅各置钉100枚，共计置钉478枚。所有患者手术前后均行腰椎CT检查，对治疗方案均知情同意，且得到医院伦理委员会批准。

纳入标准：①诊断为腰椎骨折、腰椎退行性疾病；②采用经皮椎弓根螺钉技术治疗。

排除标准：①严重腰椎骨折及腰椎管狭窄症，不适宜行微创手术；②严重的骨质疏松；③胸腰椎均有置钉的患者排除胸椎置钉数据。

1.4  材料  植入物介绍见表1。

1.5  方法

1.5.1  CT多平面重组法  扫描采用Optima CT660 64层CT扫描机，数据输入西门子syngo.via工作站，进行图像重建。采用各向同性的扫描参数，120 kV，视野(FOV)3 mm×    310 mm，矩阵512×512，螺距1.0，层厚0.5 mm、120kV、150-300 mA；有效层厚3.2 mm，重建间隔1.6 mm，行横断面螺旋平扫，扫描范围包括T₁₂-S₂。在西门子Syngo.via工作站中，采用骨算法重建，重建层厚0.4 mm，重组间隔50%。依据椎弓根螺钉理想置钉方向调整多平面重建的定位线。具体方法为：①在标准矢状位断层上，沿腰椎椎弓根长轴方向调整斜轴位断层定位线获得斜轴位，要求斜轴位断层定位线需平行于上终板骨质，伤椎椎体则平行于下终板骨质；②在斜轴位上标记A、B两点分别为椎体前后缘的中点，在B点作与直线AB相垂直的另一直线α为椎体后缘线，椎弓根长轴线与α线交点为C点，与椎弓根后缘骨皮质交点为D点，将斜矢状位定位线与CD线相重合，见图1；③设置好斜轴位及斜矢状位重组断层定位线后，西门子Syngo.via工作站可自动将斜矢状位、斜轴位及斜冠状位两两垂直，据此得到的斜冠状断层即为椎弓根横截面断层；④依据临床上腰椎椎弓根钉直径一般为6.0-6.5 mm，故于斜冠状位图像上于斜轴位和斜矢状位定位线交汇处设定直径为6.5 mm的标定圆一个用以模拟螺钉截面，观察标定圆与关节突关节的位置关系，见图2。

1.5.2  经皮椎弓根钉手术操作方法  ①全身麻醉后取俯卧位，腹部悬空，术区常规碘伏消毒铺单。调整C型臂前后位头尾倾旋转角度及侧位轴向旋转角度，获得标准前后位及侧位透视图像：腰椎前后位透视可见棘突位于正中线，双侧椎弓根圆形透视影对称，伤椎下终板前后缘呈一线影^[6-7]；腰椎侧位透视可见椎体前后缘及双侧椎弓根上下缘均为一线影。②于前后位双侧椎弓根透视影外缘中点外1.5-2.0 cm作长1.5 cm的皮肤切口，经切口放置穿刺针，在接触骨质时前后位透视，穿刺针与上终板平行且尖部位于椎弓根外侧缘中点。③敲击穿刺针约2 cm，前后位透视针尖位于椎弓根透视影内缘时，侧位透视针尖位于椎体后缘。④继续敲击穿刺针进入椎体2 cm，放置导丝，经导丝拧入直径  6.5 mm经皮椎弓根螺钉，安装预弯合适弧度连接棒，锁紧螺丝，逐层缝合，术毕。

1.5.3  比较方法  根据标定圆与关节突关节之间的位置关系，设为术前组；术后第2天再行腰椎CT检查并观察螺钉与关节突关节之间的位置关系，设为术后组。2组均于重组后斜轴位进行观察评估，采用PARK等^[8]提出的关节突关节损伤分级法，1型损伤：螺钉明显进入关节突关节腔内；2型损伤：螺钉连接头明显进入关节突关节腔内；3型损伤：螺钉或钉尾紧贴关节突关节面，或与关节突关节面距离小于1 mm，未见螺钉进入关节突关节腔内；未满足上述标准者视为未损伤，见表2。对2组不同损伤级别螺钉数进行一致性和差异性检验，并对术前组及术后组组内不同节段关节突关节损伤比例进行比较。

1.6  主要观察指标  术前组与术后组关节突关节损伤螺钉数，术前组与术后组组内不同节段关节突关节损伤比率。

1.7  统计学分析  应用SPSS 21.0(美国)统计学软件包进行统计学分析。采用McNemar配对χ²检验评价术前组及术后组组间不同节段间关节突关节损伤螺钉数的差异性，P < 0.05为差异有显著性意义；采用Kappa检验评价术前组及术后组组间不同节段间关节突关节损伤螺钉数的一致性，Kappa<0.4表示一致性较差，Kappa位于0.40-0.75之间表示一致性尚可，Kappa>0.75表示一致性较好。组内不同节段间关节突关节损伤比率比较采用卡方检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

3.1  经皮椎弓根置钉技术关节突关节破坏率及危险因素    经皮椎弓根钉置钉技术是通过1.5 cm皮肤小切口选定骨性进钉点，以开口钻制备钉道后放置导丝，经导丝拧入螺钉的微创手术技术，由于无法直视脊椎骨性结构，故依赖于术中C臂X射线透视引导置钉。既往学者们更多地是关注穿刺针及螺钉与术中腰椎C臂X射线透视下椎弓根透视影之间的关系，从而避免经皮椎弓根钉突破椎弓根内壁或下壁。近年来，有学者通过回顾经皮椎弓根钉术后CT检查，发现螺钉有损伤关节突关节的影像学表现，众多的文献报道了其关节突关节破坏率高达6.3%-58%。PATEL等^[9]在4具尸体标本上进行腰骶椎经皮椎弓根钉置钉操作，共计置钉48枚，发现28枚螺钉损伤关节突关节，其中有8枚螺钉直接穿过关节突关节，损伤率高达58%。JONESQUAIDO等^[10]收集行微创经皮椎弓根钉内固定手术和开放置钉手术的术后CT资料，发现经皮置钉组螺钉损伤关节突关节损伤比例为33.6%，而开放置钉组仅为6%，其中经皮置钉组头端螺钉损伤关节突关节损伤比例为12%，而开放置钉组仅为5%，经皮置钉组损伤率明显高于开放置钉组。此次研究共计腰椎各节段置钉478枚，术后复查CT显示关节突关节损伤115枚，占比24.1%，与文献报道相符。YSON等^[11]采用O臂导航下行经皮椎弓根置钉手术明显降低了关节损伤率，仅为4%，而传统开放置钉手术损伤率为26.5%。TIAN等^[12]在142例患者术中辅助CT导航技术引导下置入经皮椎弓根螺钉，损伤率仅为3.7%，而开放手术关节突关节损伤率达14.9%，表明术中CT三维导航技术可明显降低经皮椎弓根螺钉所致关节突关节损伤率，但因其设备昂贵且具有较高的技术操作要求，无法得到广泛应用和推广，采用C型臂X射线机引导依然是置入经皮椎弓根螺钉的主要方法。XU等^[13]、吴志明等^[14]研究发现当小关节角大于35°时，经皮椎弓根螺钉所致关节突关节破坏发生率和严重程度明显增加，且下腰椎更易造成高级别关节突关节损伤，原因在于下腰椎小关节角明显大于上腰椎，小关节角度越大，则关节突关节覆盖术中C臂机X射线椭圆形椎弓根影的范围越大，甚至阻挡经皮置钉的通道，导致高级别的关节突关节损伤。BABU等^[15]通过对126例开放经椎间孔椎间融合术和153例微创经椎间孔椎间融合患者的术后CT影像学检查进行研究，发现年龄<65岁的患者更易出现螺钉所致关节突关节破坏，认为其原因是较为年轻的患者肌纤维发达,肌肉强度大，使得术者在置钉操作时由于强壮肌肉的阻碍使得螺钉外倾角不足所致。LAU等^[16]认为体质量指数> 29.9 kg/m²是经皮椎弓根螺钉导致关节突关节损伤的独立危险因素，认为在肥胖患者中，经皮置钉时需要穿过更多的肌肉软组织，导致进钉点和螺钉轨迹不正确，从而引起关节突关节损伤。ZENG等^[17]研究发现行腰椎微创经椎间孔椎间融合联合经皮椎弓根钉内固定的患者中发生邻近节段关节突关节损伤率为25.4%，并且发现年龄<65岁且体质量指数≥30 kg/m²是其高危因素。脊柱双侧关节突关节与椎间盘构成复合体结构，具有限制椎间盘的过度扭转、共同维持椎体间稳定的作用，故关节突关节的破坏可能导致脊柱失稳，导致慢性腰腿痛等疾病^[18-19]。RANKINE等^[20]认为，腰椎滑脱与关节突关节的损伤、退变密切相关。关节突关节损伤引起腰椎失稳，并被认为是可能导致术后长期腰背部疼痛的原因^[21]。

3.2  腰椎CT多平面重组技术在预估经皮椎弓根螺钉损伤关节突关节风险的应用  理想的椎弓根螺钉走行应位于椎弓根通道内，即沿位于椎弓根骨质内并沿长轴前进^[22]。何伟等^[23]于胸腰椎CT横断位上测量各椎弓根横径、内、外侧皮质骨厚度、松质骨厚度、松质骨/皮质骨厚度比及椎弓根钉道长径等影像学指标，探讨了窄小椎弓根的置钉并发症风险，但因椎弓根走行具有一定的上倾角与外倾角，为一立体结构，而基于CT横断位图像的测量容易受体位、容积效应及CT检查层厚、间距的影响^[24]，亦无法同垂直于椎弓根长轴线的斜冠状位平面反映椎弓根横截面直径、形态及与周围结构的关系。CT多平面重建技术是将扫描范围内所有的轴位图像叠加起来在对某些标线标定的重组线所指定的组织进行冠状位、矢状位及任意角度斜位图像重组，在显示复杂骨质结构方面具有较大优势^[22，25-26]。将患者CT数据导入到西门子公司Syngo.via系统中，通过调整斜冠状位、斜矢状位及斜轴位3条定位线，可以重建出腰椎椎弓根垂直于椎弓根长轴线的斜冠状位截面，通过滑动鼠标使得斜冠状位沿该轴线变换层面，于轴线距离关节突关节关节面最短距离层面，通过系统测量工具设定出以椎弓根长轴线为圆心的制定直径的标定圆，该标定圆则为理想位置椎弓根螺钉的横截面，该标定圆与关节突关节面之间的位置关系可反映出理想位置的椎弓根螺钉与关节突关节之间的位置关系。腰椎椎弓根螺钉直径多为6.0-7.0 mm^[27]，故作者采用直径6.5 mm标定圆模拟螺钉截面。此次研究发现，不同腰椎节段均存在标定圆侵犯关节突关节的表现，腰椎节段越低，关节突关节破坏率越高，且更易出现高级别关节突关节破坏表现。此次研究L₁、L₂节段共计置入174枚螺钉，术前组和术后组均未出现1级关节突关节损伤的影像学表现；L₄和L₅节段共置入200枚螺钉，术前组有24个标定圆具有1级关节突关节破坏表现，破坏率为1.2%；术后组亦有19枚螺钉具备1级关节突关节破坏影像学表现，破坏率为1.0%。

此次研究的原因如下：①关节突关节方向自上腰椎至下腰椎由矢状位向冠状位逐渐变化，小关节角越大，在腰椎前后位上与双侧椎弓根椭圆形投影重叠面积越大，经皮椎弓根钉穿刺路径与关节突关节面直线距离越短，在置入经皮椎弓根螺钉过程中螺钉穿过关节突关节面的概率就越大；②在下腰椎由于双侧髂嵴的阻挡导致置钉外倾角变小，螺钉相对内倾，导致钉道轴线与关节突关节距离缩小，致使螺钉较易进入关节突关节；③对于腰椎退行性疾病的患者，严重关节突关节骨质增生多发生于下腰椎关节突关节，经皮置钉由于无法直视进钉点，螺钉尾部压迫增生关节突关节囊，导致关节突关节损伤^[28-29]。作者认为，术前经此模拟法判定标定圆侵犯关节突关节，即螺钉可能损伤关节突关节者，表明小关节角度过大，同时椎弓根轴线相对外倾不足，导致腰椎正位X射线图像上椎弓根投影与关节突关节重叠较多，螺钉较易穿过关节突关节。建议在不穿破椎弓根内壁的前提下将置钉外倾角适当增大，并将进钉点适当偏外，以避免螺钉进入关节突关节；亦可在保证固定强度的前提下选用直径相对较小的螺钉。

3.3  研究局限性  此次研究是采用一种借助CT多平面重组技术进行的一种模拟法，在西门子Syngo.via影像处理系统中通过模拟经皮椎弓根螺钉最理想的进钉路径，观察标定圆与腰椎关节突关节的位置关系，来预估置钉过程中螺钉损伤关节突关节的风险，具有操作简便、准确率高的优点。此次研究结果显示，术后组螺钉损伤关节突关节实际情况与术前组模拟结果相比，不同腰椎节段McNemar配对χ²检验差异无显著性意义，Kappa检验2组一致性分别为：L₁ Kappa值=0.67，L₂ Kappa值=0.80，L₃ Kappa值=0.80，L₄ Kappa值=0.87，L₅ Kappa值=0.92，2组数据一致性较好。但由于此模拟法用于模拟最理想的螺钉钉道途径，而实际置钉操作过程中难以完全与最理想的置钉路径相吻合，且不同研究者观察评价结果不同，故该方法不能与术后实际置钉结果完全相同。此次研究中有3例患者L₅椎体由于螺钉入钉点偏内且置钉外倾角过小导致螺钉部分突破椎弓根内侧骨皮质，突入椎管内部并进入关节突关节内，但未引起神经损伤症状，一定程度表明下腰椎是椎弓根螺钉置钉位置不当的高发部位，值得警惕。

综上所述，采用腰椎CT多平面重组技术结合模拟标定圆技术可以较为准确地判断经皮椎弓根螺钉与关节突关节的位置关系，为判断术后螺钉是否可能侵犯关节突关节提供了一种可靠的预估方法。

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

文题释义：

CT多平面重组技术：是将扫描范围内所有的轴位图像叠加起来在对某些标线标定的重组线所指定的组织进行冠状位、矢状位及任意角度斜位图像重组，以在不同角度观察影像学图像。

经皮椎弓根螺钉：该技术采用在术中影像检查设备引导下经皮肤小切口置入椎弓根螺钉，与常规开放置钉手术相比明显减少了对椎旁肌的损伤程度，既往学者多关注螺钉与椎弓根壁的位置关系，而较少关注其与关节突关节的位置关系。

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