设计国人直肠后间隙入路轴向腰骶椎融合内固定的影像学测量

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.27.019

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

经皮腰骶椎前柱内固定系统(AxiaLIF)：是经骶骨前入路轴向行腰骶椎前柱融合的内固定系统，其手术入路经直肠后间隙，沿腰骶椎的中轴进行。因直肠后间隙内主要为脂肪组织，又是于腰椎中轴进行手术，故该系统对手术入路周围组织、脊柱周围组织、脊柱本身结构(如韧带、小关节、椎板等)的损伤程度较小，从而可以较大限度地减少手术损伤，降低脊柱融合病的发生率。

腰骶部：是L₅和S₁间软、硬组织，包括腰骶部韧带、肌腱、腱膜、筋膜、椎间盘、椎骨关节及椎体，腰骶部正常位于活动度较大的腰椎与甚少活动的骨盆交接处，同时又位于腰椎生理前凸与腰椎生理后凸的交接处，杠杆作用特别大，容易受到损伤。

摘要

背景：经骶骨前入路的经皮腰骶椎前柱内固定系统即AxiaLIF系统先后在美国及欧洲应用于临床，取得较好的临床疗效。但是国人与欧美人腰骶椎的解剖差异较大，国外内固定系统能否可以直接用于国人尚不明确，且价格昂贵，不适合中国国情，同时该内固定系统在应用过程中出现了一系列的问题，如能优化轴向螺钉设计，该术式在国内将会有更大的推广价值。

目的：通过测量国人正常人群腰椎侧位片及腰椎CT L₅、S₁椎体横断面，为设计适合国人的轴向螺钉提供解剖学数据。

方法：①选择国人正常成人腰椎侧位片男35例，女30例，分别测量S₁椎体轴向高度、L₅/S₁椎间隙高度、L₅椎体轴向高度，为轴向螺钉的长度设计提供解剖学数据；②选择成人腰椎CT片男26例，女24例，测量腰椎CT L₅、S₁椎体经椎弓根层面的横状径与矢状径，为轴向螺钉的直径设计提供解剖学数据。

结果与结论：①国人男、女性腰椎侧位片S₁椎体轴向高度为(26.76±3.94) mm和(22.91±2.91) mm(P < 0.05)、L₅/S₁椎间隙高度为(12.62±1.90) mm和(11.92±1.78) mm(P > 0.05)、L₅椎体轴向高度为(29.12±2.18) mm和(26.91±2.47) mm(P < 0.05)；②国人男、女性腰椎CT L₅横状径为(47.34±4.31) mm和(43.12±3.71) mm(P < 0.05)，S₁横状径为(49.18±4.14) mm和(46.11±4.44) mm(P < 0.05)，L₅矢状径为(34.48±2.32) mm和(33.03±3.48) mm(P > 0.05)，S₁矢状径为(35.65±4.28) mm和(33.53±3.26) mm(P > 0.05)；③综上，通过国人腰椎侧位片中轴线及腰椎CT L₅、S₁椎体横断面的测量，可为设计出适合国人腰骶椎融合的轴向螺钉提供解剖数据；根据该影像学测量方法对患者术前影像学资料进行分析，可以预判患者行该手术方式的可行性，并对内固定型号选择做出预估，进行个性化置钉。

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: 0000-0003-4737-6294(曾德辉)

关键词: 骨科植入物, 脊柱植入物, 直肠后间隙, 腰骶椎, 轴向螺钉, 置钉, 影像学

Abstract:

BACKGROUND: The minimally invasive axial lumbar interbody approach (AxiaLIF) for L₄–S₁ fusion has been applied in America and Europe, and has obtained satisfactory curative efficacy. Because of significant anatomical differences between Chinese and Europeans and Americans, whether AxiaLIF is appropriate for Chinese remains unclear. Moreover, there are some problems in the application of AxiaLIF, so how to optimize AxiaLIF is a key to its promotion in China.

OBJECTIVE: To provide anatomical data for the design of axial screws suitable for Chinese through measuring the mid axial line of the lateral lumbar radiograph and cross sections of L₅ and S₁ on lumbar CT in normal Chinese population.

METHODS: The lateral lumbar radiographs from Chinese healthy population were selected, including 35 males and 30 females, the axial height of S₁, the disc distance between L₅ and S₁, and the axial height of L₅ were measured so as to provide anatomical data for designing the length of the axial screw. The transverse and sagittal diameters of L₅ and S₁ in the lumbar CT of 26 adult healthy males and 24 healthy females were measured to provide anatomical data for designing the diameter of the axial screw.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The axial height of S₁ in males and females was (26.76±3.94) mm and (22.91±2.91) mm, respectively (P < 0.05). The disc distance between L₅ and S₁ was (12.62±1.90) mm for males and (11.92±1.78) mm for females (P > 0.05). The axial height of L₅ was (29.12±2.18) mm for males and (26.91±2.47) mm for females (P < 0.05). (2) The transverse diameter of S₁ was (49.14±4.14) mm for males and (46.11±4.44) mm for females (P < 0.05). The transverse diameter of L₅ was (41.34±4.31) mm for males and (43.12±3.71) mm for females (P < 0.05). The sagittal diameter of L₅ was (34.48±2.32) mm for males and (33.03±3.48) mm for females, and the sagittal diameter of S₁ was (35.65±4.28) mm for males and (33.53±3.26) for females, (both P > 0.05). (3) That is to say, this study provides the anatomical data for designing the axial screws suitable for the lumbar fusion of Chinese by measuring the mid axial line of the lateral lumbar radiographs and the cross sections of L₅ and S₁ on lumbar CT. The image measurement method can be used to analyze the preoperative images of the patients to predict the feasibility of the surgical approach and pre-select the internal fixation model for personalized screw positioning.

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: Lumbar Vertebrae, Sacral Vertebrae, Bone Nails, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 1

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引言

材料方法

1.1 设计 测量学试验。

1.2 时间及地点 于2013年5月至2014年5月在南华大学附属南华医院放射科完成。

1.3 对象

1.3.1 来源 ①选择南华大学附属南华医院影像科(2013年5月至2013年12月收治)正常成人腰椎侧位X射线片，男性组35例，年龄18-57岁，平均(36.40±12.43)岁；女性组30例，年龄18-56岁，平均(36.10±10.47)岁；②选择南华大学附属南华医院影像科(2013年5月至2013年12月收治)正常成人男、女性腰椎CT检查者，男性组26例，年龄18-48岁，平均(34.19±9.22)岁；女性组24例，年龄18-55岁，平均(34.75±10.71)岁。

1.3.2 纳入标准年龄18-60岁，影像学报告显示腰骶椎无明显异常，对试验方案知情同意。

1.3.3 排除标准 ①颈椎、胸椎先天性变异及各种病变者；②腰骶椎变异及各种病变者；③骶尾椎陈旧性骨折、骨盆陈旧性骨折患者；④盆腔占位性病变者。

1.3.4 摄片体位及投摄条件

腰椎侧位X射线片：患者采取侧卧位，双手抱头，髋膝屈曲，中心线与身体矢状面垂直，于腰部软组织与台面之间垫以棉垫使腰椎与台面平行，以 L₃椎体为中心射入；靶片距离 100 cm，75 kV，150 mA，0.6 s。投照仪器：Philips Medical Systems DMC GmbH。

腰椎CT：患者采取仰卧位，体位摆正，双臂向上举交叉于头顶的上方，正中线定位灯线定位于身体的中央，横线定位灯线在耻骨联合线上，侧线定位灯线在身体的侧中线上，支架床高126 cm以上，扫描显示投影像，设定扫描切片位置，层距3-5 mm。投照仪器：CT型号为GE LightSpeed Ultra 8排螺旋CT。

1.4 方法

1.4.1 腰椎X射线侧位片测量首先于腰椎侧位X射线片上自L₅椎体下终板前缘至后缘划a线，与椎体前后缘的交点为A、B两点，AB间的距离即为L_{5椎体下终板的距离；然后于S₁椎体上缘及下缘前端划b线，自AB的中点D点引垂线d线，d线与a线相交于D点，与b线相交于O，O即为经骶前间隙自S₁椎体垂直进入L₅/S₁椎间隙的骶骨进入点。然后分别自S₁椎体上缘及L₅椎体上缘分别做c线与e线，分别与d线相交于C点与E点，分别测量OC(S₁椎体轴向高度)、CD(L₅/S₁椎间隙高度)、DE(L₅椎体轴向高度)的距离，见图1。}

测量软件：Philips Medical Systems Digital Diagnost。

1.4.2 腰椎CT的测量测量腰椎CT L₅、S₁椎体经椎根弓层面的矢状径与横状径，矢状径为椎体左右对称的中位线，与椎体相交于前缘与后缘，测量其长度即为矢状径的距离，然后取矢状径的中点作垂直线，与椎体的侧方相交，测量其距离即为横状径的长度，见图2，3。

测量软件：Centricity DICOM Viewer-provided by GE Medical Systems。

1.5 主要观察指标 ①腰椎侧位片测量OC(S₁椎体轴向高度)、CD(L₅/S₁椎间隙高度)、DE(L₅椎体轴向高度)；②腰椎CT测量 L₅、S₁椎体经椎根弓层面的矢状径与横状径。

1.6 统计学分析 所得数据用x(_)±s表示，应用SPSS 17.0进行统计学分析，腰椎侧位片与CT测量的数据均应用两样本t 检验，设P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

Aryan等^[14]完成数百例轴向融合内固定临床手术，一致肯定了该术式的临床效果，但同时指出轴向螺钉如置入靶点有误，轴线不符合生物力学要求，可能造成不融合或椎体间假关节形成。国内戎利民等^[15]轴向椎体间融合术治疗腰骶椎失稳症，6个月后随访1例已完全融合，10例部分融合，1例尚未见融合，该组病例腰骶椎间隙融合不理想，认为可能与轴向螺钉固定轴线偏差有关。轴向融合术通过轴向螺钉沿脊柱长轴方向固定，轴向固定基线越接近椎体正中心，其越接近脊柱瞬时旋转运动轴，既能够最大程度保证椎体周围重要组织的安全，又能够最大范围清除椎间盘组织，而且还更加符合脊柱的生物力学特点^[16]，故本文选择腰骶椎的中轴线为轴向螺钉的固定方向，腰椎侧位片及腰骶椎CT的测量均围绕该固定基线进行。因国人腰骶椎解剖参数与欧美人存在差异，导致轴向螺钉的固定基线与骶骨进入点的位置及手术切口也存在差异。目前国内 AxiaLIF 的手术入路不同看法^[17]，吕宏琳等^[18-19]通过影像学资料研究认为手术切口在尾骨尖旁，而李阳等^[20]基于三维CT重建技术对腰骶部进行影像学测量认为手术切口位于尾骨切迹更加具有安全性。

本文通过对腰骶椎侧位片测量认为国人钉道进入点位于S₁椎体前面中份中下份处^[21]，与欧美人不同，吕宏琳等^[18]测量的结果与本文测量的结果一致，故国人轴向螺钉必须做出相应变化，进行本土化设计，作者通过对国人腰椎侧位片及腰椎CT横断面的测量为轴向螺钉设计提供解剖学数据。

为何选择腰椎侧位片测量中轴线长度及腰椎CT测量横断面直径，而不是直接选择腰椎正侧位片或者腰椎CT测量呢？这是因为腰椎侧位片检查直接，成像直观，整体性强，在术前通过腰椎侧位片能够准确估计骶骨进入点及预估轴向螺钉的固定基线，术中通过C型臂亦可轻松获得，有利于术前评估及术前计划，有利于个性化置钉，虽然腰椎CT的中轴像位亦可进行术前评估，但术中C型臂无法获得，故中轴线长度测量腰椎侧位片比CT中轴像方便实用。腰椎正位片成像质量易受患者体位及投摄条件影响，从而影响横状径测量结果，而腰椎侧位片因腰椎管呈椭圆形，椎体后缘中间比两边离椎管更近，测得矢状径会比实际数值偏大，故横状径及矢状径的测量腰椎CT片比腰椎正侧位片更加精确。

本试验中，国人男、女性腰椎侧位片S₁椎体轴向高度为(26.76±3.94) mm和(22.91±2.91) mm(P < 0.05)、L₅/S₁椎间隙高度为(12.62±1.90) mm和(11.92±1.78) mm (P > 0.05)、S₁椎体轴向高度为(29.12±2.18)mm和(26.91± 2.47) mm(P < 0.05)，国人男、女性腰椎CT L₅横状径(47.34±4.31) mm和(43.12±3.71) mm (P < 0.05)，S₁横状径(49.18±4.14) mm和(46.11±4.44) mm(P < 0.05)，CT L₅矢状径(34.48±2.32) mm和(33.03±3.48) mm(P > 0.05)，S₁矢状径(35.65±4.28) mm和(33.53±3.26) mm(P > 0.05)；吕宏琳等^[18]通过腰骶椎侧位片测量出男、女L₅椎体横状径为(5.95±0.38) cm和(5.60±0.22)cm(P < 0.01)，矢状径为(4.05±0.34) cm和(3.70±0.25) cm(P < 0.01)，L₅椎体轴向高度为(3.06±0.19) cm和(2.87±0.19) cm(P < 0.01)，L₅/S₁椎间隙为(1.15±0.15) cm和(1.11±0.12) cm (P < 0.01)，S₁椎体轴向高度为(2.57±0.42) cm和(2.20±0.39) cm(P < 0.01)，与本试验测量的结果存在一定差异。但李阳^[22]骶椎CT三维重建测量S₁椎体上面的矢状径，男、女性分别为(33.6±3.2) mm和(30.6±1.8) mm (P > 0.05)，冠状径男、女性分别为(54.2±5.8) mm和(49.4±5.1) mm(P > 0.05)；而焦根龙^[23]认为腰椎椎体测量男性各径均大于女性，各径性别间的差异有显著性意义(P < 0.01)。

本文作者测得国人男、女性腰椎侧位片S₁椎体轴向高度、L₅/S₁椎间隙高度、L₅椎体轴向高度95%参考值范围分别为：19.04-34.48/ 17.21-28.61 mm，8.90-16.34/ 8.43-15.41 mm，24.85-33.40/22.07-31.75 mm；国人男、女性腰椎CT L₅、S₁横状径、矢状径95%参考值范围：L₅ 横状径38.89-55.79/35.85-50.39 mm，L₅ 矢状径29.93-39.02/26.21-39.85 mm，S₁横状径41.07-57.29/ 37.41-54.81 mm，S₁矢状径27.26-44.04/27.14-39.92 mm。根据结果，作者拟设计轴向螺钉由两部分组成，前端为轴向螺钉植入L₅椎体部分，根据L₅椎体轴向高度测量结果决定，螺钉直径根据L₅椎体横状径及矢状径测量结果决定，后端为轴向螺钉位于椎间隙及置入S₁椎体部分，根据S₁椎体轴向高度及L₅/S₁椎间隙高度测量结果决定，螺钉直径根据S₁椎体横状径及矢状径测量结果决定，螺钉后端直径大于前端的直径，距螺钉前后端交界后方L₅/S₁椎间隙高度中点处设计3个2.0 mm直径的小孔，与中空管道交通，便于椎间隙植骨材料置入，轴向螺钉全套产品设计考虑直径大小以1.0 mm增减为1个规格，螺杆最大直径为不超过10.0 mm，最小直径不小于6.0 mm，螺钉的长度以2.0 mm增减为1个规格。

在实际测量中，作者发现腰骶角对腰椎侧位片测量中轴线的数据影响很大，腰骶角增大，骶椎凸向后方，骶骨进入点会更加位于骶椎的上方，轴向螺钉位于骶椎内的长度就会变短；相反，腰骶角变小，骶骨进入点的位置会更加接近S_1/2骶椎间隙，轴向螺钉固定中轴线离尾骨越近，甚至会影响手术操作，导致该类患者不适合应用该手术方式，同时轴向螺钉S₁椎体内长度的变化是否会影响L₅/S₁椎间隙固定的生物力学强度尚不得而知。正常骶骨上缘呈向前倾斜的面，它与水平线的夹角称为腰骶角，正常角度为34°^[24]。但不同人测量有不同的结果，李晓光等^[25]测量的腰骶角正常范围是39.4°-42.8°；徐占河等^[26]测量的中国人正常值为 33.695°。目前有关腰骶角研究的论文及报道较多，但这些测量值选用仪器和方法各异，缺乏地域、性别、年龄之间分层比较，此外，对于不同种族间腰骶角的比较研究，仍需进一步探讨。刘强等^[27]研究发现腰骶角范围男女性别之间有明显差异，腰骶角男性较女性大。李荣品等^[28]通过MRI分析儿童腰骶角随着年龄的增长而增大。腰骶角的变化会导致腰椎生理曲度及骶部倾斜角度的改变，腰骶部生物力学随之发生变化^[29-30]，解剖标志亦随着个体化的差异而改变，轴向螺钉进入点及进钉方向亦发生变化，术前影像学分析对手术指导具有重要的意义，患者实际影像学测量的数值与本文建立数据库参数的差别将会很好的为其治疗作出判断，为手术方式能否可行及内固定型号选择做出个体化选择，对于提高手术成功率，缩短手术时间，减少手术并发症，指导患者术后功能锻炼等，均具有重要的指导意义。

本试验不足之处：由于中国疆域辽阔，不同地域个体差异较大，本试验对象受空间及数量限制，结果难免出现某些偏差，不能全面、客观地反映国人腰骶椎的解剖特点。因此，有必要进一步对腰骶椎进行多中心、大数量的解剖测量，以期获得能够全面、客观地反映国人腰骶椎解剖特点的数据。

结论：通过国人腰椎侧位片中轴线及腰椎CT L₅、S₁椎体横断面的测量，为设计出适合国人腰骶椎融合的轴向螺钉提供解剖数据；根据该影像学测量方法对患者术前影像学资料进行分析，可以预判患者行该手术方式的可行性，并对内固定型号选择做出预估，进行个性化置钉。

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