青少年腰骶椎椎弓根进钉角增龄变化及临床意义

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(1.内蒙古自治区人民医院:a.急诊外科；b.脊柱外科；c.骨创伤科,内蒙古 呼和浩特 010017；2.内蒙古医科大学:a.基础医学院解剖教研室；b.数字医学中心；c.基础医学院生理教研室；d.附属医院血液科,内蒙古 呼和浩特 010059)

“脊柱三柱理论”成为脊柱经椎弓根内固定指导临床的理论力学基础，目前已经成为一种成熟的固定方法[1]。随着近几十年脊柱生物力学的发展，诞生了以RRC系统、CD系统等用于脊柱侧凸等类型的脊柱疾病，达到了较为理想的治疗目的。但由于青少年患者机体的发育迅速，置入螺钉与成人有较大差异[2]。在临床手术中常见螺钉未完全拧入或拧入深度不足，以及拧入方向不正确，螺钉与椎体结合程度不足导致螺钉松动退出，或经反复活动后椎体与内固定系统间存在微动，应力相对集中于内固定物，导致坚强的内固定系统失衡，不能分散应力，使螺钉承受过度应力，产生疲劳断裂，因此对青少年型脊柱侧凸的治疗仍面临巨大挑战[3]。怎样提高青少年椎弓根内固定的安全性和有效性是每个临床医师所关心的重要课题。本研究通过30例青少年腰骶椎椎弓根E、F角及椎体复合体的上下及左右入钉点间距应用解剖学研究，为临床应用提供有关椎体椎弓根内固定技术的详实数据，为安全准确置入腰骶椎椎弓根螺钉提供解剖学理论参考值。

1 材料与方法

1.1 材料

通过内蒙古自治区人民医院西门子双源64排螺旋CT，收集无腰椎疾患青少年样本30例，其中男15例，女15例，年龄12～18岁，平均(14.35±4.99)岁。

1.2 方法

采用德国Siemens炫速双源64排螺旋CT(Somatom Definition,Siemens Medical Solution.Forchheim)选取患者均取标准中立仰卧位，身体长轴与机床平行，双臂抱头，扫描范围为盆腹腔，扫描线与身体中轴线垂直，扫描参数：准值0.625 mm，采用Z轴飞焦点技术采集64层，探测器排列：64×0.625 mm，重建层厚0.75 mm，重建间距0.5 mm，采集矩阵512×512 dpi，显示矩阵1 024×1 024 dpi，A管球电压140 KV，电流104 mAs，B管球电压100 KV，电流104 mAs。将扫描原始数据选取所研究腰骶段后以DICOM格式导入计算机工作站，利用比利时Materialise 公司Mimics15.01软件(由内蒙古医科大学数字医学中心提供)行三维重建脊柱腰骶段后处理并测量。

1.3 测量指标

E角(E angle，E)：椎弓根纵轴与椎体矢状面之间的夹角，表示椎弓根自后方向前、内方的倾斜角。E角对某一椎体而言是固定不变的。F角 (F angle，F)：椎弓根纵轴与椎体水平面之间的夹角，表示椎弓根自后方向前下方的倾斜角。为固定不变的解剖学角度。左右入钉点间距(The distance between two screw entry points of the same vertebra，DSP)：椎弓根左右理想入钉点间距离。上下入钉点间距(The distance between two screw entry points of the neighbour vertebra，DNP)：相邻椎骨同侧椎弓根理想入钉点间距离。

1.4 统计学方法

2 结果

E角、F角、左右、上下入钉点间距经统计学分析在左、右侧别和性别间均无显著性差异(P>0.05)，故合并统计。E角从L1～L5在腰段呈急剧上升的趋势，到S1突然达到最大峰值，其中L3和S1与之间有显著性差异(P<0.05)，其余均无显著性差异(P>0.05)；F角总体呈逐渐下降趋势，到L5突然变为负值。最小值位于L5，负值最大值仍位于S1，L1～L4F角度数在0.000～10.000之间，L5～S1为负角，S1角度数一般在-10.000～-20.000之间。其中L3和S1与之间亦有显著性差异(P<0.05)，其余均无显著性差异(P>0.05)。左右入钉点间距从L1到S1总体呈波浪状，且各椎之间相差较大，L3和S1与之间亦有显著性差异(P<0.05)。上下入钉点间距从L1到S1总体呈波浪状，且各椎之间相差较小，均无显著性差异(P>0.05)，见表1，图1。

3 讨论

椎弓根螺钉内固定广泛应用于脊柱侧弯等病症[4]，但是也带来相关的并发症，最常见的是椎弓根螺钉内固定后螺钉松动、断裂等。一般来说，腰骶段椎弓根的高度、宽度和钉道长决定了手术选择与使用螺钉的直径和长度，但同时必须考虑左右、上下入钉点间距和E、F角等椎体相关结构关系。这是因为椎体单元是三位6个自由度的复合体，其生物力学性能复杂多变[5-7]。脊柱节段内固定是一个整体相邻椎体间固定，相互之间影响比较大。如果入钉点位置、长度、入钉点角度间等分布不均，加之操作不当及器械本身缺陷都可能则易造成应力性疲劳而致螺钉弯曲松动、发生断裂。常见情况是术者在手术操作中反复对椎弓根相同部位进行穿刺，调整方向或更换不同粗细的螺钉使钉道扩大而造成含钉力减弱，使螺钉在钉道内松动导致螺钉退出。如果E角角度不够，螺钉易穿破椎弓根外壁或椎体的侧壁。如果F角角度不够，特别在L5椎体和椎体S1固定时，由于F角突然变为负值，左右入钉点间距突然增大，上下入钉点间距突然减少，螺钉应力相对集中于钉杆与钉尾的交界处，使其产生较大的剪力造成螺钉发生疲劳性断裂。因此需要尽量做到一次性操作，而且椎间或横突之间植骨融合是保持脊柱稳定和防止螺钉断裂的一个有效方法，靠骨性融合来完成良好的矫正及生理力线与稳定的重建[8-10]。

表1 各椎测量参数结果

*：vsL1;#:vsL2;△:vsL3;▲:vsL4;★:vsL5，P<0.05

图1 青少年脊柱腰骶段椎体进钉角变化曲线图

本课题运用Mimics 15.01软件将CT扫描的脊柱薄层图像导入重建了脊柱标本[11]。采用计算机快速成型技术制作成实体树脂模型，根据模型模拟判断螺钉的进钉位置和方向，在模型的指导下直接应用在手术操作中，并根据患者个体化脊柱三维空间的解剖特点及生理弯曲，掌握好每一椎体正确的E、F角并结合进钉长度，把握好上下椎体复合体的上下及左右入钉点间距，可以大大提高椎弓根螺钉内固定术的置钉成功率，同时避免了反复穿钉，保证了椎弓根内固定器械的准确置入[12-13]。因此结合实际手术中，认真分析椎体的数据，术中植入椎弓根螺钉尽量保持对称固定，避免应力集中，术前可结合椎弓根螺钉固定的三维有限元分析，才能真正达到了个体化治疗的目的。

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