以棘突顶点皮缘连线作为胸腰椎椎弓根经皮置钉矢状面进钉角度的参照

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1326

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

椎弓根经皮置钉：一种微创手术方法，胸腰椎椎弓根置钉技术，术中行椎旁皮肤小切口微创置入椎弓根螺钉，相对比的是传统开放手术行直视下椎弓根螺钉置入。该手术有创伤小，手术时间短，出血少，术后恢复快等优点。

矢状面进钉角度：指椎弓根螺钉置入时在矢状面上的角度选择，一般认为置入螺钉与上终板平行可达到最大的应力承载。

摘要

背景：胸腰椎椎弓根螺钉的置入在技术上要求很高并且涉及到辐射暴露，大量的射线对患者和外科医生都有严重的影响。

目的：介绍一种以棘突顶点皮缘连线作为椎弓根螺钉矢状面进钉角度参照的经皮置钉技术，以有效减少术中辐射暴露。

方法：收集100例正常成人的胸腰椎MRI(健康对照组)，分为正常体质量组及肥胖组，分别测量T₁-L₅椎体上终板的平行线与相应棘突顶点皮缘连线的夹角并进行统计学分析。同时再收集100例L₁椎体压缩性骨折患者MRI，分为正常体质量组及肥胖组，同样方法对L₁椎体临近的上下椎体进行测量，即T₁₂及L₂棘突顶点皮缘连线与椎体上终板的交角，与健康对照组测得值分别比较，并进行统计学分析，得出棘突顶点皮缘连线与椎体上终板的角度。

结果与结论：①健康对照组正常体质量者中，矢状面上棘突顶点皮缘连线与椎体上终板平行线夹角为87°-95°(T₁-L₄范围)，健康对照组肥胖患者矢状位片上在86°-94°(T₈-L₂范围)，2组平均值均为90°；②骨折组所测角度范围在90°附近，与健康对照组比较差异无显著性意义(P > 0.05)，提示该角度并不受椎体骨折影响；③结果表明在胸腰椎椎弓根螺钉徒手置钉手术中，正常体质量者T₁-L₄范围、肥胖者T₈-L₂范围矢状面上保持椎弓根螺钉置钉角度与棘突顶点皮缘连线夹角在90°左右，可使椎弓根螺钉与椎体上终板保持平行。提示以棘突顶点皮缘连线作为椎弓根螺钉矢状面进钉角度参照的经皮置钉技术是一项治疗脊柱骨折有效可行的方法。

ORCID: 0000-0002-5616-3787(马健)

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

关键词: 胸腰椎骨折, 棘突顶点皮缘连线, 微创, 经皮, 椎弓根螺钉, 内固定, 矢状面进钉角度

Abstract:

BACKGROUND: Placement of thoracolumbar pedicle screws needs high technology and radiation exposure. Large amount of radiation makes serious effects on patients and the surgeons.

OBJECTIVE: To introduce a percutaneous pedicle screw placement technique with reference to the percutaneous anatomic landmarks of the highest point of the spinous process, so as to effectively reduce intraoperative radiation exposure.

METHODS: One hundred cases of normal thoracolumbar MRI were recruited and were divided into normal weight group and obese group. The angle of connection between the percutaneous anatomic landmarks of the highest point of the spinous process and the corresponding line between the parallel lines of the endplate was measured. At the same time, 100 cases of thoracolumbar MRI with thoracolumbar fracture were collected and divided into normal weight group and obese group. The same method was used to measure the angle between the two lines in adjacent vertebral segments (T₁₂ and L₁). The measured angle values of the fracture group and the normal group were compared and analyzed statistically to obtain the angle of the line between percutaneous anatomic landmarks of the highest point of the spinous process and the upper terminate plate.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The angle of the parallel lines of the endplate against the line between percutaneous anatomic landmarks of the highest point of the spinous process was 87-95° at T₁-L₄in the normal weight group, while the angle was 86-94° at T₈-L₂ in the obese group. The average angle was 90°. (2) The measured angle in thoracolumbar fracture group was around 90°. There was no significant difference between the normal group and the fracture group (P > 0.05). (3) In summary, if we keep the connection angle between the line between percutaneous anatomic landmarks of the highest point of the spinous process and the pedicle screws is about 90° in the thoracolumbar vertebral fracture fixation surgical procedure, we basically can ensure that the pedicle screw parallel to the upper terminate plate. The method of this percutaneous pedicle screw placement with reference to the percutaneous anatomic landmarks of the highest point of the spinous process is a safe, effective technique for treating the spinal fracture.

Key words: thoracolumbar fracture, line between the percutaneous anatomic landmarks of the highest point of the spinous process, minimally invasive, percutaneous, pedicle screws, internal fixation, screw angle of sagittal plane

中图分类号:

R459.9|R445.2|R318

马健，张猛，刘欢，王守国. 以棘突顶点皮缘连线作为胸腰椎椎弓根经皮置钉矢状面进钉角度的参照[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(28): 4485-4490.

Ma Jian, Zhang Meng, Liu Huan, Wang Shouguo. Angle of upper terminate plate parallel line of thoracolumbar vertebral body against the line between the percutaneous anatomic landmarks of the highest point of the spinous process[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(28): 4485-4490.

图/表（结果） 3

2.1 参与者数量分析 收集胸腰椎MRI图像200例，按有无骨折分为健康对照组及骨折组，全部进入结果分析，无脱落。

2.2 试验流程图 见图5。

表3中统计角度分析可见，健康对照组MRI上棘突顶点皮缘连线与椎体上终板平行线交角在T₁-L₄均值范围为88.105°-92.383°，标准差范围为1.706°-2.786°，基本接近90°即垂直位，L₅的角度极小值83.1°，极大值99.5°，均值93.092°，标准差3.615°，数值离散程度高。从中得出结论，对于正常体质量者从T₁-L₄，如果椎弓根螺钉置入时矢状面上垂直于棘突顶点皮缘连线，那么螺钉将平行于上终板。

2.5 健康对照组肥胖者测量结果 见表4。

表4中统计角度分析可见，正常组肥胖患者MRI上棘突顶点皮缘连线与椎体上终板平行线交角T₁-T₇均值范围89.886°-100.511°，标准差范围为3.334°-3.865°，角度数值离散程度高，波动大。T₈-L₂均值范围88.325°-89.792°，标准差范围1.426°-2.280°，角度基本接近90°即垂直位。L₃-L₅均值范围85.364°-91.617°，标准差范围为7.294°- 9.222°，角度数值离散程度高，波动大。从中得出结论，对于肥胖患者从T₈-L₂，如果椎弓根螺钉置入时矢状面上垂直于棘突顶点皮缘连线，那么螺钉将平行于上终板。

2.6 骨折组测定结果 此次试验主要将L₁骨折椎体临近的上下椎体进行了测量，即T₁₂及L₂棘突顶点皮缘连线与椎体上终板的交角。正常体质量者角度测量结果：T₁₂平均值为(88.75±2.10)°，标准差为2.10°，L₂平均值为(92.19±2.68)°，标准差为2.68°。肥胖患者角度测量结果：T₁₂平均值为(89.34±2.80)°，标准差为2.80°，L₂平均值为(93.37±2.45)°，标准差为2.45°。将肥胖患者T₁₂，L₂统计结果以散点图绘出，见图6，7。测量结果可见：T₁₂角度范围82°-93°，L₂角度范围80°-96°，散点基本分布在90°左右，说明骨折椎体的临近节段也基本在垂直位。2组数据分别与健康对照组进行比较，结果显示，T₁₂：t=1.640，P > 0.05；L₂：t=0.627，P > 0.05，按α=0.05计算，差异无显著性意义，说明椎体骨折对邻近节段棘突顶点皮缘连线与椎体上终板平行线夹角无明显影响。通过2组数据对比分析，总结得出以棘突顶点皮缘连线作为椎弓根螺钉矢状面进钉角度的参照在理论上是可行的。

2.7 植入物与宿主的生物相容性 骨折组植入物置入后出现局部感染2例，无过敏反应、免疫反应及排斥反应发生。

2.8 不良反应 骨折组患者出现局部感染2例，静脉血栓形成1例。

参考文献

[1]Roy-Camille R, Saillant G, Mazel C. Plating of thoracic, thoracolumbar, and lumbar injuries with pedicle screw plates. Orthop Clin North Am.1986; 17: 147-159.

[2]Suk SI, Lee SM, Chung ER, et al. Selective thoracic fusion with segmental pedicle screw fixation in the treatment of thoracic idiopathic scoliosis: more than 5-year followup. Spine (Phila Pa 1976). 2005; 30: 1602-1609.

[3]Dick W. Osteosynthesis of severe injuries of the thoracic and lumbar spine with internal fixation. Langenbecks Arch Chir. 1984; 364: 343-346.

[4]Magerl FP. Stabilization of the lower thoracic and lumbar spine with external skeletal fixation. Clin Orthop Relat Res. 1984; (189):125-141.

[5]Tian W, Xu Y, Liu B, et al. Lumbar spine superiorlevel facet joint violations: percutaneous versus open pedicle screw insertion using intraoperative 3-dimensional computer-assisted navigation. Chin Med J (Engl). 2014; 127: 3852-3856.

[6]Rampersaud YR, Lee KS. Fluoroscopic computer-assisted pedicle screw placement through a mature fusion mass: an assessment of 24 consecutive cases with independent analysis of computed tomography and clinical data. Spine (Phila Pa 1976). 2007; 32: 217-222.

[7]Gang C, Haibo L, Fancai L, et al. Learning curve of thoracic pedicle screw placement using the free-hand technique in scoliosis: how many screws needed for an apprentice? Eur Spine J. 2012; 21: 1151-1156.

[8]Pakzaban P. Modified mini-open transforaminal lumbar interbody fusion: description of surgical technique and assessment of free-hand pedicle screw insertion. Spine (Phila Pa 1976). 2016; 41: E1124-1130.

[9]Tian W, Zeng C, An Y, et al. Accuracy and postoperative assessment of pedicle screw placement during scoliosis surgery with computer-assisted navigation: a meta-analysis. Int J Med Robot. 2017;13(1). doi: 10.1002/rcs.1732.

[10]张晓四,曹晓建.胸腰椎椎弓根钉矢状面进钉角度与棘上韧带的关系[J]. 南京医科大学学报,2010, 30(9):1315-1317.

[11]Lieberman IH, Hardenbrook MA, Wang JC, et al. Assessment of pedicle screw placement accuracy, procedure time, and radiation exposure using a miniature robotic guidance system. J Spinal Disord Tech. 2012; 25: 241-248.

[12]陈卫东,杨庆国,张银顺,等. 以棘突连线确定矢状面进钉角度在胸腰椎内固定治疗中的应用[J].中国组织工程研究,2012,16(39): 7242-7245.

[13]Dickman CA, Yahiro MA, Lu HT, et al. Surgical treatment alternatives for fixation of unstable fractures of the thoracic and lumbar spine. A meta-analysis. Spine (Phila Pa 1976). 1994; 19: 2266S-2273S.

[14]Yahiro MA. Comprehensive literature review. Pedicle screw fixation devices. Spine (Phila Pa 1976). 1994; 19: 2274S-2278S.

[15]Esses SI, Sachs BL, Dreyzin V. Complications associated with the technique of pedicle screw fixation. A selected survey of ABS members. Spine (Phila Pa 1976) 1993;18:2231-2238; discussion 2238-2239.

[16]Ohba T, Ebata S, Fujita K, et al. Percutaneous pedicle screw placements: accuracy and rates of cranial facet joint violation using conventional fluoroscopy compared with intraoperative three-dimensional computed tomography computer navigation. Eur Spine J. 2016; 25: 1775-1780.

[17]王春喜,王晓勇,卢怡,等.后路短节段钉棒系统治疗胸腰椎爆裂骨折[J].中国实用医药,2009,4(2):72-73.

[18]战晟,李水加,陈永春. AF椎弓根系统治疗胸腰椎爆裂性骨折46例[J].中国骨与关节损伤杂志,2007,22(1):41-42.

[19]Schils F, Schoojans W, Struelens L. The surgeon’s real dose exposure during balloon kyphoplasty procedure and evaluation of the cement delivery system: a prospective study. Eur Spine J. 2013; 22:1758-1764.

[20]Bronsard N, Boli T, Challali M, et al. Comparison between percutaneous and traditional fixation of lumbar spine fracture: intraoperative radiation exposure levels and outcomes. Orthop Traumatol Surg Res. 2013; 99: 162-168.

[21]Chapman TM, Blizzard DJ, Brown CR. CT accuracy of percutaneous versus open pedicle screw techniques: a series of 1609 screws. Eur Spine J. 2016; 25: 1781-1786.

[22]O’Toole JE, Eichholz KM, Fessler RG. Surgical site infection rates after minimally invasive spinal surgery. J Neurosurg Spine. 2009;11: 471-476.

[23]Anderson DG, Sayadipour A, Shelby K, et al. Anterior interbody arthrodesis with percutaneous posterior pedicle fixation for degenerative conditions of the lumbar spine. Eur Spine J. 2011; 20: 1323-1330.

引言

材料方法

1.1 设计 影像学资料(MRI)回顾性分析。

1.2 时间及地点 资料收集于2017年2至10月淮安市第一人民医院影像科。

1.3 材料 植入物的材料学特征见表1。

1.4 对象

1.4.1 健康对照组于2017年2至10月从淮安市第一人民医院影像科共收集了100张正常成年人的胸腰椎MRI矢状面图像，其中50例胸椎，50例腰椎；男43例，女57例；年龄21-88岁，平均46岁。根据体质量指数分为2组：①正常体质量组64例(标准为体质量指数>18.5 kg/m²，<24 kg/m²)；②肥胖组36例(标准为体质量指数≥28 kg/m²)。

纳入标准：淮安市第一人民医院影像科提示正常人的胸腰椎MRI资料。

排除标准：脊柱骨折，严重的椎间盘退变，胸腰椎畸形，椎体、棘突明显增生，胸腰椎生理曲度明显异常，脊柱结核，肿瘤等。

1.4.2 骨折组收集L₁椎体压缩性骨折患者100例的胸腰椎MRI矢状面图像，其中男56例，女44例，年龄28-78岁，平均52岁。据体质量指数分为2组(标准同健康对照组)：①正常体质量组50例；②肥胖组50例。

纳入标准：淮安市第一人民医院诊断为L₁椎体压缩性骨折患者的MRI资料，患者在淮安市第一人民医院予腰椎骨折切开复位内固定治疗。

排除标准：棘突椎体严重退变，多发椎体骨折，脊柱畸形，脊柱肿瘤、结核等。

1.5 方法

1.5.1 测量软件测量椎体上终板与棘突最高点的经皮解剖标志之间的角度 MRI图像中椎体上终板与棘突最高点的经皮解剖标志之间的角度关系通过PACS系统进行测量。测量方法见图1。首先，做一条平行于上终板的线b，平行于线a，与棘突最高点的经皮解剖标志相交于图中点1。之后，在临近节段用同样的方法做一条相同的线，与相应的经皮解剖标志相交于点2。最后连接点1、点2做线L，然后测量线L与线b之间的角度α。这个角度被认为是作为矢状面的进钉角度。从T₁-L₅节段都是在MRI图像上使用相同的方法测量。

测量软件测量椎体上终板与棘突最高点的经皮解剖标志之间的角度：①健康对照组：收集100例正常人胸腰椎MRI图像，测量棘突顶点皮缘连线与椎体上终板平行线夹角；②骨折组：收集100例L₁椎体压缩性骨折患者MRI图像，同法测量夹角，并与正常对照组进行比较。健康对照组胸腰椎测量方法见图2，骨折组胸腰椎测量方法见图3。

1.5.2 胸腰椎骨折微创手术传统后路开放手术是在目标节段部位进行后路正中切口，剥离棘突旁及椎板上的肌肉。然后通过肌肉牵开器暴露关节突及横突根部。进针点根据AO技术中的解剖标志进行确定。对于微创徒手置钉，首先在术前MRI图像中测量了椎体上终板与棘突经皮解剖标志之间的角度关系。然后身体定位的方式和传统的后路开放手术方法一样。使用的椎旁小切口位于后中线旁边。然后，通过多裂肌和最长肌之间进行解剖暴露，直到关节突的外缘。在这种技术中，进钉点是横突的中线与通过上关节突外侧缘线的交点。在不暴露棘突的前提下，椎弓根螺钉的置入就是根据术前MRI图像中的测量的角度。C臂机在术中只是间断使用以检查和调整导针和螺钉的位置。所有螺钉置入之后，C臂机再次确认评估螺钉的位置。徒手置钉手术技术见图4。

1.6 主要观察指标 椎体上终板与棘突最高点经皮解剖标志之间的角度。

1.7 统计学分析 2组中对不同参数均计算了平均值及标准差。独立样本t 检验用于比较2组的测量结果。为了检验这些发现的意义，使用SPSS 22.0计算组间比较的统计概率(P值)。P < 0.05表示差异有显著性意义。

讨论

随着椎弓根螺钉在脊柱骨折手术治疗中的应用增多，其直观的优点是提高了准确性，降低了辐射暴露率^[13]。不准确置入的螺钉会导致很多并发症，比如脊髓或神经根损伤^[14-16]、硬脊膜撕裂^[14-15]、神经功能缺损^[15-16]、骨质穿孔。椎弓根螺钉矢状面进钉角度的选择尤为重要，要求螺钉在矢状面上与终板平行置入。压缩性骨折的椎体发生楔形变，临近椎体的上终板角度因此发生改变，椎弓根螺钉置入角度也需随之调整^[17]。常规手术中无法直视下参照上终板进行置钉，要想矢状面置入角度理想需反复进行C臂机透视^[18]，明显增加了术中患者及外科医生的辐射暴露，而大量的辐射暴露可能诱发肿瘤，导致皮肤损伤以及遗传疾病^[19]，同时手术时间的延长增加了术中出血量，提高了术后感染的概率，反复调整置钉角度可使钉道扩大导致内固定稳定性缺失。因此，降低X射线的暴露对于外科医生及患者来说是一项重要的目标。

多年来经皮椎弓根螺钉置入已被用于微创脊柱外科手术，以提高椎弓根螺钉置入的准确性以及减少辐射暴露^[20]。经皮椎弓根螺钉置入有很多的优点，比如保护肌肉免受额外损伤，减少术后疼痛、出血及住院时间，降低感染率^[21-23]。

已有学者提出棘突解剖位置表浅且固定，术中显露操作简单，可以将棘突顶点间连线作为椎弓根螺钉置钉的参照并加以证明。现胸腰椎骨折微创经皮置钉技术中行正中旁切口，无需暴露棘突，是否棘突顶点皮缘连线也可作为经皮椎弓根螺钉置入的参照。

此次研究收集正常患者与骨折患者的胸腰椎MRI影像，进行角度测量及分析，得出胸腰椎棘突顶点皮缘连线与相应椎体上终板平行线的夹角：正常体质量者(T₁-L₄)、肥胖者(T₈-L₂)基本为90°上下。椎体有无骨折对于临近节段所测夹角无显著影响，为微创经皮置钉术中椎弓根钉矢状面进钉角度的选择提供了理论依据，即术中根据患者具体情况(包括术前体质量及影像学评估)在指定节段范围内，矢状面上保持椎弓根螺钉方向与棘突顶点皮缘连线呈90°即垂直，可认为椎弓根螺钉与椎体上终板保持平行，达到最大力学承载，从而避免反复透视的辐射暴露，同时减少手术操作时间。但同时也应该注意到，不同节段的椎弓根存在形态差别，尤其胸椎椎弓根较腰椎明显不同，很多学者提出即使有某一解剖位置作为置钉参照，也要注意到个体化原则^[22-23]。

根据上述试验结果及统计分析，以棘突顶点体表标志间连线作为椎弓根螺钉矢状面进钉角度参照的经皮置钉技术是一项治疗胸腰椎骨折有效可行的方法，正常体质量者节段范围从T₁-L₄，肥胖者从T₈-L₂。在术前准备中注意到个体化差异，从胸腰椎MRI矢状位片中仔细测量不同节段棘突顶点皮缘连线与椎体上终板矢状面的角度，对于手术操作参考性强。

然而此次研究只是初步的研究，局限性包括样本量不大，年龄、性别、体位变化对角度的影响未能做深入研究。仅考虑了胸腰椎的简单骨折病例，对于复杂严重骨折，如多发椎体骨折、脊柱严重变形、脊柱畸形等存在局限性。在后续的研究中，其他脊柱疾病中此置钉方法的有效性将得到进一步验证，包括脊柱畸形、脊柱肿瘤等等。

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