寰椎椎动脉沟变异与椎弓根置钉的三维CT分析

朱希田 王以朋 徐杰

（1.福建省立医院骨科，福州 350001；2.中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院骨科，北京 100730）

寰椎椎动脉沟变异与椎弓根置钉的三维CT分析

朱希田 王以朋 徐杰

（1.福建省立医院骨科，福州 350001；2.中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院骨科，北京 100730）

∙临床论著∙

背景：寰椎椎动脉沟处形成的骨环变异可影响椎弓根螺钉置入的准确性和安全性。

目的：观测寰椎椎动脉沟环变异的形态和发生率，对变异的椎动脉沟进行三维CT测量分析，评估椎动脉沟环变异对椎弓根螺钉置入的影响。

方法：从2013年9月至2014年6月行头颈CT血管造影扫描的患者中选取寰椎及头颈部血管无明确病变者405例，利用其图像数据进行寰椎三维数字化重建，在寰椎三维模型中观查椎动脉沟环变异的形态和发生率，测量出现沟环变异的寰椎椎动脉沟底部后弓的高度和宽度。

结果：405例（810侧）寰椎三维解剖模型中，寰椎椎动脉沟环变异 145侧，发生率为17.9%。其中后环变异 112 侧，发生率为 13.8%，Ⅰ、Ⅱ 、Ⅲ、Ⅳ 型 后 环变异分别为 31、24、17、40 侧，发生率分别为 3.8%、3.0%、2.1%、4.9%。侧环变异 33 侧 ，发生率为 4.1%。椎动脉沟底部后弓高度：在侧环变异侧为（4.42±1.04）mm，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型后环变异侧分别为（4.51± 1.09）mm、（3.16± 0.38）mm、（3.14±0.42）mm、（2.92±0.24）mm。椎动脉沟底部后弓宽度：在侧环变异侧为（9.14±1.20）mm，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型后环变异侧分别为（9.19±1.52）mm、（9.09±1.45）mm、（9.02±1.32）mm、（8.93±1.57）mm。

结论：寰椎椎动脉沟Ⅰ型后环和侧环变异侧适宜进行椎弓根螺钉固定。当寰椎发生椎动脉沟Ⅱ～Ⅳ型后环变异时不适合椎弓根螺钉固定。术前利用CT三维重建可清楚观察沟环变异的形态，为寰椎椎弓根螺钉的安全置入提供帮助。

寰椎；椎动脉沟；椎弓根；螺钉；沟环

Background:The atlas ponticulus may interfere with the pedicle screw fixation.

Objective:The aim of the study is to explore the form and incidence of atlas ponticulus,to measure the atlas ponticulus by three-dimensional CT imaging,and to evaluate the effect of atlas ponticulus variation on pedicle screw insertion.

Methods:A total of 405 patients who underwent computed tomography angiography in head and neck between September 2013 and June 2014 and had any pathological changes in craniocervical junction were enrolled in the study.Their axial images were used to reconstruct 3D model of atlas and to observe the form and incidence of atlas ponticulus.The height and width of the posterior arch at the bottom of the atlantal vertebral artery groove were measured.

Results:A total of 405 atlantal 3D models were successfully established.The incidence of atlas ponticulus was 17.9%(145/ 810).Of them,the incidence of the posterior ponticulus was 13.8%(112/810),and the incidence of type Ⅰ-Ⅳ posterior ponticulus was 3.8%(31/810),3.0%(24/810),2.1%(17/810)and 4.9%(40/810),respectively.The incidence of lateral ponticulus was 4.1%(33/810).The height of the posterior arch at the bottom of the atlantal vertebral artery groove was(4.42±1.04)mm, (4.51±1.09)mm,(3.16±0.38)mm,(3.14±0.42)mm,(2.92±0.24)mm in the lateral ponticulus,type Ⅰ-Ⅳ posterior ponticulus,respectively.The width of the posterior arch at the bottom of the atlantal vertebral artery groove was(9.14± 1.20)mm, (9.19±1.52)mm,(9.09±1.45)mm,(9.02±1.32)mm,(8.93±1.57)mm in the lateral ponticulus,type Ⅰ-Ⅳ posterior ponticulus,respectively.

Conclusions:The pedicle screw fixation can be achieved in the atlas with typeⅠ posterior ponticulus and lateral ponticulus. However,the pedicles with type Ⅱ-Ⅳ posterior ponticulus are not suitable to use the fixation technology of atlas pedicle screw.The preoperative three-dimensional CT reconstruction of atlas can clearly show anatomical structures of atlas ponticulus and improve the security of pedicle screw fixation.

寰椎椎弓根螺钉固定术由 Resnick 等[1]于 2002 年首次提出并应用于临床，取得了良好的治疗效果。目前已广泛应用于创伤、炎症、畸形等原因所致的寰枢椎不稳的治疗。国内外研究结果表明，寰椎后弓的椎动脉沟是置钉相关的重要解剖因素，沟底的厚度是决定椎弓根螺钉置入是否可行及手术成功的关键[2,3]。1930 年 ，Kimmerle 首 先 描 述 了 寰 椎 椎 动 脉 沟环的解剖变异，根据解剖学形态可分为侧环和后环。对于沟环的发现率，各家报道不一。本实验利用CT数字化三维重建测量技术，对寰椎椎动脉沟环变异的形态及发生率进行观测，研究椎动脉沟环的解剖变异对椎弓根置钉的影响，为提高寰椎椎弓根置钉的准确性和安全性提供依据。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2013年9月至2014年6月于福建省立医院为除外脑血管疾病而行头颈CT血管造影扫描的患者。选出寰椎及头颈部血管无明确病变者的原始扫描数据405例，男215例，女190例，年龄20～50岁，平均（41.3±7.6）岁，患者对试验过程均知情同意，并签署知情同意书。

1.2 测量工具

64 排螺旋 CT 扫描机（Light Speed VCT，GE 公司，美国），扫描层厚 0.625 mm，回顾性重组间隔 0.4 mm，扫 描 螺 距 0.984，范 围 30～50 cm。 扫 描 体 位 为 仰 卧位，颈椎自然伸直，两肩水平对称，头矢状面与扫描床垂直，垂直矢状正中定位线通过鼻梁和喉结，两外眦线与扫描平面平行。延迟扫描时间 24 s，均为一次屏气完成扫描。扫描数据以标准DICOM格式存储。

1.3 测量方法和测量指标

将 寰 椎 CT 扫 描 的 原 始 图 像 数 据 导 入 Mimics 10.01 软件 后 ，提 取 并 选 择灰 度在 226～1469（CT 影 像中骨骼的灰度阈值）之间的像素点，对寰椎进行分离和提取，并计算出寰椎的三维重建模型。在建立好的寰椎三维解剖模型中观测寰椎椎动脉沟环变异的形态和发生率。其中侧环为连接寰椎侧块外侧缘与横突之间的骨环，后环为连接寰椎侧块后上缘与后弓之间的骨环。后环根据 Hong 等[4]法分为Ⅰ～Ⅳ型（图1）。Ⅰ型：骨环起自寰椎侧块后上缘并向后下弯曲延伸；Ⅱ型：骨环起自寰椎后弓并向侧块的上关节面方向延伸；Ⅲ型：骨环分别起自寰椎侧块后上缘和后弓，但未连接融合；Ⅳ型：寰椎侧块后上缘与后弓形成跨越椎动脉沟的完整的骨环。Ⅰ～Ⅲ型为半环型，Ⅳ型为全环型。

图1 寰椎椎动脉沟后环分型：Ⅰ～Ⅲ型为半环型，Ⅳ型为全环型

在 Mimics 10.01 3D 视口的左面观与右面观视角上分别选择寰椎三维模型两侧椎动脉沟底的位置，并利用 Mimics测量工具在通过椎动脉沟底部的冠状面图像上进行如下测量：选择椎动脉沟底部后弓轮廓曲线最上边的点即椎动脉沟底部后弓上缘，定义为A点，据此再在此轮廓曲线上定义椎动脉沟底部后弓下缘为B点，并找到椎动脉沟底部后弓内缘和外缘，分别定义为C点、D点。将分别通过A点和B点的两条水平线之间的距离定义为椎动脉沟底部后弓高度（L1），分别通过C点和D点的两条纵垂线之间的距离定义为椎动脉沟底部后弓宽度（L2）。见图2。

1.4 统计学处理

应用 SPSS 17.0 统计软件进行统计学处理，所得数据以均数±标准差表示。左右侧两组测量数据间的差别采用 t检验进行比较，以双侧检验 P＜0.05 为差异有统计学意义。

图2 椎动脉沟底部解剖结构参数的测量

2 结果

2.1 寰椎椎动脉沟环变异的形态和发生率

在405例（810侧）寰椎三维解剖模型中，观测到寰椎椎动脉沟环变异共145侧，发生率17.9%。后环变异 112 侧，发生率 13.8%。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型后环变异的出现侧数分别为31、24、17、40，发生率分别为3.8%、3.0% 、2.1% 、4.9% 。 Ⅱ ～ Ⅳ 型 后 环 的 总 发 生 率 为10.0%。侧环变异发现33侧，发生率4.1%（表 1，图 3）。

表1 各型椎动脉沟环变异受累椎体数（个）

2.2 寰椎椎动脉沟底部解剖结构参数测量结果

405例寰椎三维CT图像显影均清晰，所有病例数据均行统计处理。左右两侧椎动脉沟底部后弓高度分别为（4.52±1.06）mm 和（4.53±0.95）mm，差异无统计学意义（t=0.351，P=0.723）。左右两侧椎动脉沟底部后弓宽度分别为（9.17±1.41）mm 和（9.13±1.66）mm，差异亦无统计学意义（t=0.442，P=0.652）。侧环及各型后患测量接骨见表2。

3 讨论

寰枢椎后路内固定术已成为治疗寰枢椎不稳的重要方法。其发展经历了早期的钢丝内固定（Gallie法、Brooks-Jenkins法、改良 Sonntag 术）、椎板夹固定术（Apofix 椎板夹）、Magerl经关节螺钉固定术到目前的寰椎侧块螺钉和椎弓根螺钉固定技术，其中寰椎椎弓根螺钉技术在生物力学及临床治疗效果方面较其他内固定方式具有明显的优势[5,6]，逐渐成为后路寰枢椎融合术的主流，但这一技术的难点在于寰椎椎弓根的置钉。由于寰椎椎弓根解剖形态特殊，结构复杂且变异性大，并与椎动脉、颈髓等重要血管神经组织相毗邻，使得寰椎椎弓根安全置钉存在较大的难度和风险[7]。寰椎椎动脉沟处形成的骨环变异可直接影响椎弓根螺钉置入的准确性和安全性，甚至造成椎动脉损伤等严重并发症[8]。为降低寰椎椎弓根置钉对血管与神经损伤的风险，本研究利用CT三维重建测量技术，对影响寰椎椎弓根置钉的解剖结构因素进行数字化三维定位、定量分析，研究椎动脉沟环变异对寰椎椎弓根置钉的影响。

3.1 寰椎椎弓根的解剖学研究

寰椎是由前弓、后弓、侧块及横突组成的不规则环形结构，由于寰椎缺乏椎体和椎板结构，国内外学者对寰椎椎弓根作了解剖学上的定义。Resnick 等[1]将寰椎侧块与后弓的连接部命名为寰椎椎弓根。马向阳等[9]将寰椎侧块看作“椎体”，后弓看作“椎弓”，将寰椎侧块与后弓的连接部叫做椎弓根，也叫做狭部，其内界为该部后弓的内缘，外界为横突孔的内壁。寰椎椎弓根螺钉固定是指螺钉经寰椎后弓和后弓狭部至寰椎侧块内的固定技术。大量解剖学研究表明[10,11]，寰椎椎弓根螺钉固定的主要限制性骨性解剖因素为椎动脉沟底部后弓的高度，此处骨质最薄，上方有椎动脉走行，下方有C2神经节及神经后根通过，若此处后弓的高度小于 4 mm，则直径 3.5 mm 螺钉可能穿破该处上下骨皮质而造成椎动脉或神经根的损伤。谭明生等[12]测量了 50 例成人干燥寰椎骨标本，结果发现寰椎椎动脉沟底部后弓高度左侧为（4.58 ± 0.65）mm，右 侧 为（4.72 ± 0.68）mm，其 中 4 例（8%）的椎动脉沟底部后弓高度小于 4.0 mm。Gebauer等[13]用 CT 对 41 例寰椎骨标本进行扫描并测量，结果为椎动脉沟底部后弓高度男性为（4.6±0.9）mm，女性为（4.1±0.8）mm，其中 8 例（19.5%）的高度小于 3.5 mm，13 例（31.57%）的高度小于 4.0 mm。以上的解剖学研究均证实经寰椎后弓行椎弓根螺钉固定是可行的，但并没有对发生椎动脉沟环变异的寰椎进行测量，也未明确发生椎动脉沟环变异的寰椎能否进行椎弓根螺钉固定。

图3 寰椎三维CT图像显示椎动脉后环变异（A～D：Ⅰ～Ⅳ型）及侧环变异（E）

表2 寰椎椎动脉沟环变异解剖参数测量结果（，mm）

表2 寰椎椎动脉沟环变异解剖参数测量结果（，mm）

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3.2 寰椎椎动脉沟环变异对椎弓根置钉的影响

寰椎椎动脉沟环是由寰枕斜韧带骨化而形成。1930 年，Kimmerle首先描述了寰椎椎动脉沟环的解剖变异，其后众多学者报道了其解剖学和影像学特点。曹正霖等[14]对 150 例国人寰椎干燥骨标本测量后发现，48侧（16%）存在椎动脉沟环变异，其中9侧（3%）为全环型，39 侧（13%）为半环型。韩春等[15]对160例国人寰椎骨标本进行解剖学观测，其中26例存在椎动脉沟环变异，发生率为16.25%，出现全环型的有 9 例 ，占 5.63% ，出 现 半 环 型 的 有 20 例 ，占 12.5% 。何宏伟等[16]对 62 例患者的头颈 CT 血管造影扫描图像进行三维重建，发现有32侧（26%）出现椎动脉沟环变异，其中后环变异30侧，占24%，而Ⅱ～Ⅳ型后环的总发生率达21%。在本研究中，寰椎沟环变异的总发生率为 17.9%，其中Ⅱ～Ⅳ型后环变异的发生率为10.0%，后者均有起源于后弓的骨桥，其后弓的高度较一般人群高，在术中容易将骨环上缘误认为后弓高度，导致进钉点选择过高而误伤椎动脉。因此，该类患者应以椎动脉沟底部后弓上缘皮质与后弓下缘骨质的高度为基准来选择进钉点位置。

寰椎椎动脉沟底部的后弓高度是决定椎弓根螺钉置入是否可行的主要因素。本研究对发生骨环变异的椎动脉沟底部后弓高度进行了测量，结果表明，椎动脉 沟 底 部 后 弓 高 度 在 侧 环 变 异 侧 为（4.42± 1.04）mm（最 大 值 6.60 mm，最小值 3.98 mm），Ⅰ型 后 环 变异侧为（4.51±1.09）mm（最大值 6.45 mm，最小值 3.91 mm），Ⅱ型后环变异侧为（3.16±0.38）mm（最大值 3.85 mm，最小值 2.72 mm），Ⅲ型后环变异侧为（3.14±0.42）mm（最大值 3.72 mm，最小值2.51 mm），Ⅳ型后环变异侧为（2.92 ± 0.24）mm（最大 值 3.22 mm，最小 值 2.18 mm）。在发生Ⅳ型后环变异侧，其椎动脉沟底部后弓高度均低于 3.5 mm，不能容纳直径 3.5 mm 的椎弓根螺钉，故不适合进行椎弓根螺钉固定。在发生侧环与Ⅰ型后环变异侧，其椎动脉沟底部后弓高度均大于 3.5 mm，基本适合进行3.5 mm直径的椎弓根螺钉固定，而在Ⅱ型与Ⅲ型后环变异侧，其椎动脉沟底部的后弓高度平均值均低于 3.5 mm，故也不适合进行 3.5 mm 直径的椎弓根螺钉固定。对于椎动脉沟底部后弓高度小于3.5 mm 椎弓根螺钉最小直径者，可改用寰椎侧块螺钉或部分经椎弓根螺钉固定[17]，后者螺钉将突破部分后弓下缘的骨皮质，是介于侧块螺钉和椎弓根螺钉两种术式之间的一种固定方法[18]。此外，本研究测得寰椎椎动脉沟底部后弓宽度在各型骨环变异侧均大于 6.0 mm，说明椎动脉沟底部后弓宽度在沟环变异侧不是椎弓根螺钉固定的解剖限制性因素。

本研究是采用三维CT重建的方法对寰椎椎动脉沟环变异的形态和相关解剖学参数进行了初步的观察和测量，研究结果表明，国人寰椎椎动脉沟环变异仍具有较高的发生率，术前须参照寰椎CT三维重建的结果，对椎动脉沟环变异的形态进行观测，当寰椎发生侧环与Ⅰ型后环变异时，适宜进行椎弓根螺钉固定，而对于Ⅱ～Ⅳ型后环变异的一侧则不适合进行椎弓根螺钉固定。术前利用寰椎CT三维重建观察椎动脉沟环变异的形态有利于指导手术计划的制定[19]，从而提高寰椎椎弓根置钉的准确性，减少螺钉误置的并发症。

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第十八届全国足踝外科学术会议通知

由江苏省徐州市中心医院（东南大学附属徐州医院）主办，中华医学会骨科学分会足踝外科学组、中国医师协会骨科医师分会足踝外科工作委员会、中华骨科杂志、中国骨与关节外科杂志协办的第18届全国足踝外科学术大会拟于2015年9月10日至12日在江苏徐州召开。会议将邀请国内外著名足踝外科专家进行专题讲座、并将展示近年来足踝外科领域的最新进展，会议注重实用性、技术性和创新性；另为满足不同层次学员的要求，本次会议将隆重推出由国内著名足踝专家倾力打造的 16 个专题的足踝外科基础课程（课程费 200 元另交，包括内部讲义及培训证书）。欢迎各位骨科同仁踊跃参加并积极投稿、参会。提供国家级继续教育Ⅰ类学分10分（需另交费50元申领）。

征文内容：

1. 足踝基础理论研究；

2. 足踝部创伤的诊断及治疗进展；

3. 足踝部组织修复新技术、新方法的临床应用；

4. 足踝运动损伤、关节镜、微创技术的新进展及临床经验；

5. 足踝部先、后天畸形的外科治疗进展及新技术的应用；

6. 足踝部关节退变的治疗进展及临床经验；

7. 足踝神经性疾病、疼痛性疾病、感染性疾病、骨与软组织肿瘤等治疗进展。

8. 足踝护理及康复等。

征文要求：

未在正式刊物发表的论文，并提交中文摘要（500字左右）；投稿注明作者单位、通讯地址、邮编、电子邮箱、联系电话等信息。投稿注明“足踝会议”，以电子文档发送至：xuzhou15@126.com

截稿日期2015年6月30日

Three dimensional CT construction of atlas ponticulus and pedicle screw insertion

ZHU Xitian1,WANG Yipeng2*,XU Jie1
(1.Department of Orthopedics,Fujian Provincial Hospital,Fuzhou 350001;2.Department of Orthopedics,Peking Union Medical College Hospital,Peking Union Medical College&Chinese Academy of Medical Science,Beijing 100730,China)

Atlas;Vertebral artery groove;Pedicle;Screw;Ponticulus

1674-1439（2014）06- -05

10.3969/j.issn.1674-1439.2014.06-001 0451

*通信作者：王以朋，E-mail:ypwang@medmail.com.cn