颈椎椎弓根进钉通道、进钉点与椎体外侧面三维关系定位分析

李严兵，张韶辉，谢 叻，陆 声，周小兵，王爱平，陈志强，欧阳钧，钟世镇

颈椎是经椎弓根内固定难度较大的节段，其特殊解剖结构和位置决定了经椎弓根内固定手术的复杂性和风险[1-3]。随着导航手术和数字技术在脊柱外科的应用，实施颈椎椎弓根内固定手术的成功率越来越高。成功的椎弓根螺钉固定由椎弓根进钉点的定位、三维空间内椎弓根螺钉置入角度、适当的螺钉直径与长度三方面决定[4-8]。本文运用数字技术对中下颈椎进钉通道、进钉点和椎体的三维关系进行相关研究。

1 材料与方法

1.1 实验设计 采用重复测量设计。

1.2 研究对象

6 例健康成人体检连续CT（美国GE Medical Systems/LightSpeed16）扫描数据集，男4例，女2例，年龄34～75岁，平均53岁。仰卧位，行头颈部连续扫描。扫描条件：电压120 kV，电流150 mA，层厚1.25 mm，512×512矩阵。

1.3 方法

1.3.1 选择不同节段颈椎三维重建数字解剖模型，导入UG Imageware 12.0。

1.3.2 定位目标对象三维参照平面，确定颈椎正中矢状切面和经椎弓根中部水平面为正交平面，0º水平面为0º矢状面螺钉置入角（saggital screw angle，SSA）参考平面，正中矢状切面为0º水平面螺钉置入角（transverse screw angle，TSA）参考平面。

1.3.3 各节段颈椎定位分析 将椎体由前至后分成10等份，以此作为定位分析椎弓根进钉通道边界深度比例的依据，由前至后分别将10等份标志线确定为椎体边界深度的100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%和0%（图1A，1B）。从椎骨表面解剖模型切取椎弓根轮廓，获得椎弓根表面边界，可任意旋转观察椎弓根内部三维空间及其表面投影内边界，沿垂直轴旋转观察椎弓根投影边界外侧缘与椎体边界深度标志线的交叉重叠比例，以椎弓根投影边界外侧缘与椎体深度边界标志线相切为标准，确定此旋转角度为该边界深度的外偏角度，在此角度确定椎弓根三维空间的投影内边界及其内切圆，建立椎弓根进钉通道和最大螺钉通道，将内切圆圆心平移到椎板表面，内切圆圆心在椎板的对应点为该角度的最佳进钉点，平移距离为通道长度，内切圆半径为最大进钉螺钉半径，以此方法分别确定C3～C7左右椎弓根外侧投影边界在椎体90%边界深度时的外偏角、通道长度及最大进钉螺钉半径，确定它们的最佳进钉点，分别测量各节段最佳进钉点与椎弓根中部水平面的垂直距离（上方为正值、下方为负值）、与椎弓根在0º偏角时投影边界外侧缘对应在椎板表面标志线之间的垂直距离（内侧为正值、外侧为负值）以及与0º偏角时椎板侧块边界垂直距离（图1C，1D）。

图1 颈椎椎弓根进钉通道三维分析

2 结果

（1）C3～C7椎弓根进钉通道内切圆半径逐渐增大，范围在2.6～3.8 mm之间，其中C7最大，C3最小（左侧：2.6 mm，2.7 mm，2.9 mm，3.1 mm，3.4 mm；右侧：2.5 mm，3.0 mm，3.1 mm，3.1 mm，3.8 mm）。（2）C3～C7椎弓根进钉通道长度逐渐增大，范围在23.9～28.2 mm之间，其中C7最大，C3最小（左侧：23.9 mm，23.9 mm，24.5 mm，27.9 mm，27.8 mm；右侧23.4 mm，23.8 mm，24.5 mm，26.7 mm，28.2 mm）。（3）C3～C7椎弓根进钉通道外偏角度范围在33.2º～37.9º之间（左侧：33.2º，33.2º，35.0º，35.3º，33.5º；右 侧 33.2º，37.9º，37.0º，36.3º，34.3º）。（4）C3～C7椎弓根进钉通道的最佳进钉点到椎弓根中部水平面垂距：左侧：-0.5 mm，0.8 mm，-0.3 mm，-0.4 mm，-0.5 mm；右侧：-0.1 mm，0.5 mm，0.1 mm，-0.3 mm，-0.1 mm，其中上方为正值，下方为负值。进钉点位于参考平面上下1 mm左右。（5）C3～C7椎弓根进钉通道最佳进钉点到椎弓根外边界垂距分别为：左侧：-5.8 mm，-5.3 mm，-6.9 mm，-5.7 mm，-2.7 mm；右侧：-5.4 mm，-6.3 mm，-6.5 mm，-5.9 mm，-3.0 mm，内侧为正值，外侧为负值。其中C3～C6进钉点位于椎弓根外边界线外侧5～7 mm之间，C7进钉点位于边界线外侧3 mm左右。（6）C3～C7椎弓根进钉通道最佳进钉点到侧块边界垂距分别为：左侧：4.1 mm，4.8 mm，3.6 mm，2.7 mm，3.8 mm；右侧：4.1 mm，3.3 mm，3.3 mm，3.4 mm，3.3 mm，内侧为正值，外侧为负值。C3～C7进钉点位于侧块边界线内侧3～5 mm之间。

C3～C7椎弓根进钉通道最佳进钉点到侧块边界垂距与到椎弓根外边界垂距比值分别为：左侧：0.7，0.9，0.5，0.5，1.4；右侧：0.8，0.5，0.5，0.6，1.1。其中只有C7比值＞1，那么可以确定进钉点位置C3～C6在两参考标志线中线外侧，C7在两参考标志线中线内侧（图2，图3）。

C3～C7椎体90%边界深度进钉通道以及最佳进钉点（图4）三维测量的具体结果分别见表1和表2。

3 讨论

3.1 C3～C7椎弓根应用解剖学特点

Ugur等[9]研究了颈椎椎弓根内径平均值，与硬脊膜囊、上下神经根和椎动脉等毗邻重要结构的距离以及颈椎椎弓根与椎体的夹角角度等，其椎弓根直径在6.0～7.5 mm之间波动，椎弓根与椎体水平面成角在37°～45°之间波动，矢状面成角在1°～8.6°之间波动，偏内上侧皮质骨较厚，外下方皮质骨较薄，但存在个体差异。Panjabi等[10]对颈椎椎弓根内径进行解剖学测量，发现C3和C4内径最小，平均3 mm；C7椎弓根内径最大，平均5 mm；C5和C6居中，平均3.5～4.5 mm，并提出椎弓根钉的稳定性及抗拔出力主要取决于内径大小而不是外径大小。颈椎弓根在水平面上位于椎管和横突孔、椎体后缘与关节突之间。C3～C6的椎弓根走行是从后外侧指向前内侧，与上下关节突间侧块的前内侧面相连。椎动脉随C6到C2的上升过程而逐渐向前向内侧走行，在C2横突孔内从下内方向上外侧方走行，而后上行穿过寰椎横突孔转向后内方绕侧块之后，经寰椎后弓上面的椎动脉沟向中央走行，穿过寰枕后膜进入颅内形成基底动脉。椎动脉沟前方为上关节凹，与枕骨的枕髁相关节。C7侧块薄，椎弓根宽大，仅5%有椎动脉孔，适合进行椎弓根螺钉固定。

图2 C3～C6进钉点标志线

图3 C7进钉点标志线

表1 C3～C7椎体90%边界深度进钉通道内切圆半径、通道长度与进钉角度（n=6，±s）

表1 C3～C7椎体90%边界深度进钉通道内切圆半径、通道长度与进钉角度（n=6，±s）

C3 C4 C5 C6 C7内切圆半径左右2.6±0.4 2.5±0.72.7±0.5 3.0±0.62.9±0.4 3.1±0.53.1±0.6 3.1±0.63.4±0.6 3.8±0.6通道长度左右23.9±1.8 23.4±2.523.9±1.8 23.8±2.224.5±2.3 24.5±2.027.3±1.4 26.7±2.027.8±1.0 28.2±1.7进钉角度左右33.2±6.3 33.2±6.033.2±6.0 37.9±4.235.0±4.0 37.0±6.935.3±5.2 36.3±4.933.5±1.9 34.3±2.1

表2 C3～C7椎弓根进钉通道椎体90%边界深度最佳进钉点位置（n=6，±s）

表2 C3～C7椎弓根进钉通道椎体90%边界深度最佳进钉点位置（n=6，±s）

C3 C4 C5 C6 C7水平面垂距左右-0.5±0.5 -0.1±0.70.9±1.0 0.5±1.1-0.3±0.4 0.1±0.7-0.4±0.7 -0.3±0.5-0.5±0.6 -0.1±0.2椎弓根外边界垂距左右-5.8±1.3 -5.4±2.0-5.3±1.0 -6.3±1.3-6.6±2.0 -6.5±2.8-5.7±0.9 -5.9±1.0-2.7±0.8 -3.0±1.1侧块边界垂距左右4.1±1.3 4.1±1.44.8±1.1 3.3±0.53.6±1.9 3.3±1.82.7±1.4 3.4±1.63.8±1.1 3.3±1.0

图4 C3～C790%边界深度最佳进钉点 4A非透明 4B透明

3.2 颈椎椎弓根内固定手术的置钉方法

自1994年Abumi等[11]首次应用椎弓根螺钉固定系统治疗C2～C7颈椎损伤患者以来，已有多种置钉方法见诸报道。主要包括以下几种：（1）Abumi法[11]：C3～C7进针点为固定椎上位椎下关节突下端的略下方侧块外缘向内约5 mm处；与椎体矢状线成角25°～45°，C5～C7与上终板平行，C4针尖端略向头方倾斜，C3较C4再略向头方倾斜。（2）Ebraheim法[12]：于上一椎体左右下关节突下缘连横线，再于相邻椎骨侧块外缘连纵线，进针点为横线下1.6～2.6 mm，纵线内4.5～6.4 mm；水平面上与侧块表面呈90°～100°，矢状面上与侧块表面呈53°～94°夹角。（3）王东来法[13]：以颈椎关节突背面中点为原点，建立平面直角坐标系，进针点为C3～C6在外上象限的终点，C7在Y轴上，上关节面下缘略下方；进针方向为C3～C6与矢状线呈40°～45°夹角、C7与矢状线呈30°～40°夹角，平行相应节段椎体上终板。（4）谭明生“管道疏通法”[14]：于侧块背面上1/2、椎弓根轴线与侧块背面皮质骨的交点A与椎弓根管口内侧缘起点平行矢状面的延长线与侧块背面皮质骨的交点B之间约5 mm×9 mm的椭圆孔部用咬骨钳或磨钻去除皮骨，用3 mm刮匙以旋转方式刮除松质骨，暴露椎弓根管口和椎弓根管腔3～5 mm，用直径1 mm、长度30 mm的克氏针在C臂X线机透视下定位，用自制方向定位器导向，根据术前测量的矢状面及水平面夹角值，直视下置钉。

3.3 数字化颈椎椎弓根进钉通道的特征

我们在对6例健康成人CT连续扫描获取原始数据的基础上，应用数字化技术对椎体90%边界深度进钉通道大小、长度及其进钉点位置等相关参数进行三维测量和分析。结果表明，C3～C7椎弓根进钉点以侧块边界和椎弓根外边界作为参考线，C3～C6最佳进钉点位置在两参考标志线中线外侧，C7在两参考标志线中线内侧，这一研究结果为颈椎椎弓根螺钉固定手术提供了准确可靠的三维解剖学数据，为提高术中置钉的准确率和手术的成功率奠定了基础。

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2 沈军,李力,王东来,等.下颈椎椎弓根三维CT测量及个体化置钉术的实验研究[J].中国骨与关节损伤杂志,2005,20(6):398-400.

3 喻忠,王黎明,曾逸文,等.术中三维C型臂实时透视导航辅助颈椎椎弓根螺钉的植入[J].中华显微外科杂志,2009,32(3):193-195,插4.

4 李严兵,王爱平,彭田红,等.腰椎椎弓根通道不同外偏角方向变化规律的数字解剖学研究[J].中国临床解剖学杂志,2007,25(2):113-117.

5 李严兵,张元智,王平山,等.数字技术在椎弓根通道设计中的应用[J].中国现代医学志,2007,17(10):1208-1212.

6 李严兵,李鉴轶,万伟,等.数字技术精确定位椎板进钉区与方向轴的方法[J].中华创伤骨科杂志,2008,10(2):124-127.

7 张元智,李严兵,陆声,等.数字化技术设计腰椎椎弓根固定定位导航模板[J].中华创伤骨科杂志,2008,10(2):116-119

8 陆声,徐永清,李严兵,等.脊柱椎弓根定位数字化导航模板的设计[J].中华创伤骨科杂志,2008,10(2):128-131.

9 Ugur HC,Attar A,Uz A,et al.Surgical anatomic evaluation of the cervicalpedicle and adjacentneuralstructures [J].Neurosurgery,2000,47(5):1162-1169.

10 Panjabi MM,Shin EK,Chen NC,et al.Internal morphology of human cervical pedicles[J].Spine,2000,25(10):1197-1205.11 Abumi K,Iton H,Taneichi H,et al.Transpedicular screw fixation for traumatic lesions of the middle and lower cervical spine:description of the techniques and preliminary report[J].J Spinal Disord,1994,7(1):19-28.

12 Ebraheim NA,Xu R,Knight T,et al.Morphometric evaluation of lower cervical pedicle and its projection[J].Spine,1997,22(1):1-6.

13 王东来,唐天驷,黄士中,等.下颈椎椎弓根内固定的解剖学研究与临床应用[J].中华骨科杂志,1998,18(11):659-662.

14 谭明生,张光铂,移平,等.管道疏通法行颈椎弓根螺钉置入的研究[J].中国脊柱脊髓杂志,2002,12(6):405-410.