下頸椎前路椎弓根皮質骨螺釘的解剖學研究

彭鵬，黃剛，朱美松，李鑒軼

1.南方醫科大學中西醫結合醫院骨傷科，廣州 510315；2.南昌大學第一附屬醫院骨科，南昌 330006；3.南方醫科大學第三附屬醫院醫學實驗中心，廣州 510630；4.南方醫科大學人體解剖學教研室，廣東省醫學生物力學重點實驗室，廣州 510515

近年來，Koller[1]提出了下頸椎前路椎弓根螺釘內固定（anterior transpedicular screw fixation，ATPS）的概念，在保留頸椎前路松解徹底優勢的同時，又能達到后路經椎弓根堅強固定的效果。然而，目前研究經前路椎弓根螺釘技術的進釘軌跡幾乎是選擇椎弓根中軸線[2]，此時螺釘主要咬合的是松質骨和小部分皮質骨，對于一些嚴重骨質疏松患者會出現螺釘松動和螺釘拔出等問題[3]，從而達不到較好的生物力學固定性能。

針對骨質疏松病人椎弓根螺釘固定術后出現螺釘松動等問題，Santoni等[4]提出經皮質骨通道(cortical bone trajectory，CBT)椎弓根螺釘內固定技術。它改變了傳統椎弓根螺釘利用椎弓根中軸作為通道的方法，使螺紋接觸更多的皮質骨。Ueno等[5]通過尸體標本生物力學研究表明腰椎皮質骨螺釘的抗拔出力明顯高于傳統椎弓根螺釘。Matsukawa等[6]通過臨床研究也發現皮質骨螺釘把持力是傳統釘道1.7倍。皮質骨釘道的良好內固定效果使之較傳統釘道更適用于骨質疏松患者，并已開展多例皮質骨螺釘內固定技術用于胸椎和骶椎患者的臨床研究?；诖?，我們設想在下頸椎前路椎弓根置釘中，改變采用傳統椎弓根中軸為通道方法，設計貼合椎弓根內側皮質骨置釘軌跡，以期達到更堅強固定效果。因此，本研究旨在測量正常成年國人下頸椎椎體解剖學特征，探索前路椎弓根皮質骨螺釘置入的可行性及置釘規律。

1 材料和方法

1.1 材料

隨機抽取80例成人頸椎CT 數據（南方醫科大學中西醫結合醫院影像科提供，排除骨折、畸形、腫瘤及明顯退變者），男40例，女40例，年齡19～78 歲，平均43.6 歲。

1.2 測量指標

1.2.1 下頸椎椎體解剖學參數測量 將CT 數據導入MIMICS 軟件，在骨窗圖像上對C3至C75 個節段的左右兩側椎弓根高度、寬度以及內側皮質骨厚度解剖參數分別進行測量，具體參數有：l/rOPW（左/右側椎弓根中段寬度）；l/rOPH（左/右側椎弓根中段高度）；l/rMCT（左/右側椎弓根內側皮質骨厚度）,（見圖1）。

圖1 下頸椎椎體解剖學參數測量A:椎弓根寬度（OPW）,椎弓根內側皮質骨厚度（MCT）B:椎弓根高度（OPH）Fig.1 The anatomical parameters measurement of the lower cervical pedicleA: outer pedicle width (OPW) and medial cortical shell thickness (MCT); B: outer pedicle height (OPH)

1.2.2 下頸椎前路椎弓根皮質骨螺釘軌跡參數測量計算穿過椎弓根中心的同軸線（矢狀面、冠狀面和橫截面），設計一直徑3.5 mm 螺釘放置同軸線上。為了不改變醫生以往對于進釘點的選擇習慣，我們將椎弓根同軸線在椎體前壁投影點設定為皮質骨螺釘的進釘點。固定進釘點后，在橫截面上移動螺釘使螺紋貼合椎弓根內側皮質骨，矢狀面保持不變，皮質骨螺釘通道設計完成。

測量皮質骨螺釘通道的各項置釘參數：l/rPSL（左/右側椎弓根皮質骨螺釘最大進釘全長）；l/rtPA（左/右側椎弓根皮質骨螺釘中軸線與椎體正中矢狀面之間的夾角）；l/rsPA（左/右側椎弓根皮質骨螺釘中軸線與椎體前壁平面之間的夾角）；Dl/rsIP（左/右側椎弓根皮質骨螺釘中軸線在椎體前壁投影與上終板平面之間的距離）；Dl/rtIP（左/右側椎弓根皮質骨螺釘中軸線在椎體前壁投影與正中矢狀面之間的距離）。其中：當進釘點位于椎體正中矢狀面受術椎弓根同側時，DtIP 記為正值，反之，DtIP 記為負值。（見圖2）。

圖2 下頸椎前路椎弓根皮質骨螺釘軌跡參數測量A: 左側椎弓根皮質骨螺釘中軸線在椎體前壁投影與正中矢狀面之間的距離（DltIP），左側椎弓根皮質骨螺釘中軸線與椎體正中矢狀面之間的夾角（ltPA），左側椎弓根皮質骨螺釘最大進釘全長（lPSL）B:左側椎弓根皮質骨螺釘中軸線在椎體前壁投影與上終板平面之間的距離（DlsIP），左側椎弓根皮質骨螺釘中軸線與椎體前壁平面之間的夾角（lsPA）Fig.2 The parameter measurement of the cortical bone trajectory for anterior cervical transpedicular screw fixationA: Distance between the projection of the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and the median sagittal plane (DltIP);angle between the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and the midsagittal plane (ltPA);maximum left pedicle screw length (lPSL); B: Distance between the projection of the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and upper end plate (DlsIP);angle between the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and the plane of anterior wall (lsPA)

1.3 統計學分析

數據運用SPSS 20.0 軟件進行統計學分析。所得數據用()表示。同一椎體左右兩側比較采用配對t檢驗，各指標男性和女性比較采用兩獨立樣本t檢驗，不同椎體間同一指標采用單因素方差分析（oneway ANOVA），P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 下頸椎椎體解剖學測量結果

各指標測量數據（表1）。各節段的OPH 和OPW在性別上有顯著性差異（P＜0.05），男性均大于女性，MCT 在性別上無顯著性差異（P＞0.05）。各節段的OPH 和MCT 在左右兩側上有顯著性差異（P＜0.05），OPH 右側大于左側，MCT 左側大于右側，OPW 在左右兩側上無顯著性差異（P＞0.05）。不同節段方差分析如下OPW：C3、C4＜C5、C6＜C7；OPH：C3＜C5、C6＜C4、C7；MCT：C3、C4、C5＜C6＜C7。

表1 OPW、OPH、MCT 參數測量結果Tab.1 Measurements results of OPW,OPH and MCT(mm)

2.2 置釘參數

統計DtIP、DsIP、TPA、SPA、PSL 測量數據（表2、3），據此得出下頸椎前路皮質骨螺釘置釘參數：C3、C4進釘點位于椎體正中矢狀面椎弓根的對側1.0～3.0 mm，距椎體上終板平面1.0～3.5 mm；C5進釘點位于椎體正中矢狀面椎弓根同側或對側1.0～2.0 mm，距椎體上終板平面3.0～4.0 mm；C6、C7進釘點位于椎體正中矢狀面椎弓根的同側2.0～4.5 mm，距椎體上終板平面4.5～7.0 mm。C3～C7的總體內傾角平均值分別是：39.13°、41.00°、40.91°、37.28°、31.84°，總體矢狀角是：90.85°、97.23°、108.97°、111.60°、104.83°。螺釘的進釘長度可選擇30 mm、32 mm 較為適宜。

表2 PSL、DtIP、DsIP 參數測量結果Tab.2 Measurements results of PSL,DtIP and DsIP(mm)

表3 TPA、SPA 參數測量結果Tab.3 Measurements results of TPA and SPA(°)

3 討論

3.1 成人頸椎C3～C7椎弓根解剖學特點

近年來，關于椎弓根螺釘內固定的研究逐漸增多。頸椎是經椎弓根內固定難度較大的節段，主要原因是其特殊的解剖結構以及毗鄰椎動脈、脊髓等重要結構。因此，國內外學者對頸椎的解剖學形態進行了一系列研究。本研究對80例成人頸椎CT 圖像進行了測量，共測量了800 個椎弓根參數，并與之前的研究做比較（表4）。椎弓根寬度直接決定了螺釘直徑的選擇。本實驗研究測得，椎弓根寬度從C3到C7呈逐漸增大趨勢，椎弓根平均值最小在C3，為5.30 mm，椎弓根寬度大于4.5 mm 者為747 個（93.4%）。從測量結果可以認為：絕大部分下頸椎椎弓根置入3.5 mm直徑螺釘是安全的。在頸椎各個節段中，椎弓根高度明顯大于椎弓根寬度，測量的椎弓根高度隨節段變化規律與Panjabi等[7]測量結果相近。

表4 與既往研究所測椎弓根寬度和高度的比較Tab.4 Comparative study of outer pedicle width (OPW) and outer pedicle height (OPH) from C3 to C7（mm）

3.2 下頸椎前路椎弓根螺釘傳統置釘方法

自2008年Aramomi等[12]首次應用下頸椎前路椎弓根螺釘內固定系統以來，已有諸多研究報導了其置釘軌跡。Koller等[13]通過測量病人頸椎CT 數據，推薦進釘軌跡在橫截面角度為50°，在導針確定釘道之后，用2.5mm 直徑空心鉆鉆孔，最后擰入3.5 mm 直徑螺釘。隨后，Yukawa等[14]提出在C3～C6，進釘軌跡與矢狀面呈45°夾角，在C7呈40°夾角，進釘點距上終板約2 mm。用直徑1.4 mm 導針確定釘道，再使用直徑為4 mm，長度為30～34 mm 的空心螺釘進行固定。Zhao等[15]將椎體在水平面和矢狀面分別分成四個區，通過對50例成人頸椎CT 圖像進行測量，得出最佳進釘點為：椎體水平面上，C3～C5在第2 區，C6在第2、3 區，C7絕大數在第3 區；矢狀面上，C3～C5在第1 區，C6在第1、2 區，C7絕大數在第2 區。矢狀面進釘角度和Yukawa等[26]測量結果相似，并建議C6節段為40°。徐榮明等[11]認為：下頸椎前路椎弓根螺釘的理想進釘點位于距上終板5 mm 左右，椎體前正中線附近。橫切面角度約為45.7°～52.1°，矢狀面角度約為93.4°～112.1°，螺釘長度約為32 mm。李瑞峰等[16]測得: C3、C4進針點位于椎體正中矢狀面受術椎弓根的對側2～3 mm，距椎體上終板平面1～4 mm；C5進針點位于椎體正中矢狀面受術椎弓根的同側或對側1～2 mm，距椎體上終板平面4～5 mm;C6、C7進針點位于椎體正中矢狀面受術椎弓根的同側3～5 mm，距椎體上終板平面5～8 mm。椎弓根中軸外傾角平均分別為C3：48°，C4：48°，C5：40°，C6：34°，C7：31°。

3.3 理想皮質骨螺釘置釘參數

下頸椎椎弓根螺釘內固定關鍵在于確定進釘參數，即進釘點的定位、進釘方向以及螺釘長度與直徑。為了不改變醫生以往對于進釘點的選擇習慣，我們將傳統椎弓根中軸線在椎體前壁投影點設定為皮質骨螺釘的進釘點。皮質骨螺釘進釘點由DtIP 和DsIP 共同決定。通過測量得出，C3、C4的進釘點位于椎體正中矢狀面椎弓根的對側約1.0～3.0 mm，距椎體上終板平面約1.0～3.5 mm；C5進釘點位于椎體矢狀面椎弓根同側或對側約1.0～2.0 mm，距椎體上終板平面約3.0～4.5 mm；C6、C7進釘點位于椎體正中矢狀面椎弓根的同側約2.0～4.5 mm，距椎體上終板平面約4.5～7.0 mm。

相較于腰椎CBT 釘道軌跡在椎弓根水平面由內向外的方向，我們設計的頸椎皮質骨螺釘軌跡是靠近椎弓根內側。頸椎椎弓根外側壁臨近椎動脈等重要結構，且有文獻報道椎弓根置釘外側穿孔率明顯高于內側[17]。同時，椎孔中的硬膜囊距離椎弓根內側壁有2.4～3.1 mm 的安全距離[18]。因此，我們設計椎弓根皮質骨螺釘是往內側偏移。同時本研究測量椎弓根內側皮質骨厚度為1.68～1.84 mm，讓3.5 mm 直徑螺釘的螺紋充分咬合椎弓根內側皮質骨，能使其咬合皮質骨寬度達到直徑的一半，從而增強螺釘把持效果。我們測量的皮質骨釘道平均內傾角在C3～C7分別是：39.13°、41.00°、40.91°、37.28°、31.84°，此時釘道在橫切面的內傾角是最小的極限值，也可作為安全進釘角度范圍的參考。矢狀面角度C3～C7 為：總體矢狀角是：90.85°、97.23°、108.97°、111.60°、104.83°。測量進釘全長C3～C7節段的均值為：31.37～32.33 mm，與傳統中軸釘道在數值上差別不大。

本研究應用數字化技術探討了一種新的下頸椎前路椎弓根皮質骨螺釘內固定技術，通過測量證實此技術是可行的,并總結出置釘規律。目前尚處于初步研究階段，還需要更多的實驗和臨床研究來進一步驗證。