以关节突关节面及棘突为参照定位腰椎椎弓根的临床置钉研究

李德亨，毛广平，刘金龙，李洋，周幸，赵建宁，王与荣

（1.南京大学医学院临床学院，江苏 南京 210002；2.山东省聊城市人民医院脊柱外科，山东 聊城252000；3.江苏省启东市人民医院骨科，江苏 南通 226200）

脊柱内固定技术是治疗脊柱疾患常用方法，其中经椎弓根内固定术是目前最常用的后路脊柱内固定治疗手段。由于椎体周围毗邻许多重要血管、神经、重要脏器等组织、器官，置入螺钉时有损伤周围组织带来严重并发症的风险[1]。内固定术成败的关键是螺钉能否准确的经椎弓根到达椎体。关节突、棘突及椎弓根起源于同一骨化中心，它们之间的相对位置恒定，通过参照关节突关节面和棘突来寻找椎弓根、定位进钉点是本研究的原理基础[2]，希望可以提供一种新的腰椎手法置钉方法弥补传统手法置钉之不足。

1 资料与方法

1.1 一般资料

（1）选取2010-2013年我科腰椎疾患病人腰椎CT三维重建数据为基础所制作的快速成型腰椎模型共26具（快速成型模型为患者1：1实物模型，误差在0.3 mm以内[3]），除去腰椎真性滑脱、爆裂骨折、严重侧弯等因素破坏棘突、关节突关节面 与椎弓根正常解剖关系的椎节后，剩余55椎节，其中L1-L5分别为7、13、11、14、10椎节。测量前对部分模型棘突及关节面处的增生骨赘做了适当清理，以便测量并增加精确性。于模型上通过椎间孔和侧方能够观察到椎弓根的上面和侧面，两面上分别标记出椎弓根轴线位置M1和M2，M1与M2在后方的交点A即为椎弓根后方进钉点，工业用游标卡尺（精确度为0.02 mm）测量椎弓根后方进钉点A距关节突关节面后缘关节线（N）的水平距离（D），测量椎弓根后方进钉点A到上位椎节下关节突下缘水平线（H）的垂直距离（K），使用万能量角器（精确度为2°）测量棘突上缘中段切线（I）与椎弓根侧方轴线（M2）夹角即头倾角（α角），（图1）。由于模型上测量椎弓根外展角易导入较大的误差，故我们术前利用CT平扫影像测量患者外展角（e角），较模型测量提高准确性[2]。（2）选取2010-2013年腰椎手术经椎弓根内固定，且术后有CT验证螺钉位置的56例患者，其中胸腰椎骨折34例，腰椎间盘突出症15例，腰椎不稳5例，腰椎管内肿瘤2例。其中男29例，女27例，年龄19～68岁，平均44.59岁。共置入螺钉223枚，其中L147枚，L256枚，L333枚，L444枚，L543枚。

1.2 临床治疗

1.2.1 术前准备

入院后给予患者相关对症治疗，术前常规拍摄DR腰椎正侧位、CT腰椎平扫+三维重建（层厚0.7-1.2 mm）、MRI腰椎平扫。DR腰椎侧位片上观察棘突上缘中段与椎弓根位置关系，测量头倾角大小。CT平扫影像测量关节突关节面后缘距椎弓根轴线水平距离（D）、外展角（e）（图2a），明确关节突关节面增生情况、有无变异等。通过DR、CT及MRI明确疾患类型、需要固定及融合的节段。术前DR及CT各项测量数据均采用Centricity Enterprise Web V3.0软件（通用电气公司医疗系统部的专业图像处理软件，精度分别为0.01 mm、0.1°）进行观测。

1.2.2 内固定器械

所有内固定器械均为标准椎弓根螺钉钉棒系统，视病情、病损情况决定内固定螺钉数目及使用1～2个横连连接。螺钉长度35～50 mm，直径5.5～7.0 mm。材料均为钛合金。根据病情需要行经椎间孔腰椎体间融合。

1.2.3 手术方法

所有患者采取全身麻醉，俯卧位，常规消毒铺巾，腰背部正中切口，由棘突两侧剥离椎旁肌肉至关节突关节面外侧缘，纱布填塞，全椎板拉钩充分显露椎板。触摸棘突上缘较为平坦的中段区域水平线作为定位椎弓根进钉点的横向基线（图2b），巾钳提拉置钉椎节棘突观察关节突关节面错动位置寻找关节线，由关节线外开D值（由术前CT影像测得）的纵线作为定位椎弓根进钉点的纵向基线（图2c），横向基线与纵向基线的交点为椎弓根后方进钉点。少量咬除进钉点表面的部分骨皮质，开路椎开孔，开路器头倾α角、外展e角（α角和e角均由该患者影像测得）开路，探针探查，确定钉道最远端及侧壁是否均为骨性结构，插入定位针，“C”臂机透视确定无误后，拧入合适长度、直径的椎弓根螺钉。

图1 a、b、c腰椎模型椎弓根上方及侧方分别标记椎弓根轴线M1、M2及M1与M2交点即进钉点A；d测量进钉点A距关节突关节面后缘水平距离（D）、进钉点A距上位椎节下关节突下缘水平线垂直距离（K）；e测量棘突上缘中段切线与椎弓根侧方轴线M2的夹角（α角）

图2 a E：关节突关节面后缘；C：椎弓根内壁；GE：关节突关节面后缘距椎弓根轴线距离（D）；EC：关节突关节面后缘与椎弓根内壁连线（根面直线）；e：外展角；γ：根面角b触摸棘突上缘中段确定进钉点横向基线，c关节突关节线向外侧旁开D距离确定进钉点纵向基线。

1.2.4 术后处理

术后置负压引流约两天，少于50 ml后拔除，适量脱水、止血，头孢二代预防感染1～2天等对症治疗，术后2～3周后佩戴腰围下地活动，卧床期间适当床上四肢功能锻炼。

1.3 评价标准

1.3.1 患者术后均行CT腰椎平扫+三维重建明确椎弓根螺钉位置。使用医生工作站自带的Centricity Enterprise Web V 3.0软件调取患者CT图像进行螺钉评价。

1.3.2 将全部置入的椎弓根螺钉分为完全在椎弓根内的螺钉和穿破皮质的椎弓根螺钉。其中完全在椎弓根内的螺钉称为安全螺钉，穿破椎弓根皮质的螺钉分为相对风险螺钉和绝对风险螺钉（表1）。

表1穿破椎弓根皮质螺钉评价标准

1.3.3 椎弓根内螺钉总数/置钉总数=准确率，穿出椎弓根皮质螺钉总数/置钉总数=风险率，绝对风险螺钉总数/置钉总数=绝对风险率。

1.4 统计学方法

1.4.1 使用SPSS 19.0软件进行统计，分析模型组与CT影像组D值数据是否符合正态分布，比较两组方法测量相同椎节D值的差异性，两样本方差齐性时使用独立样本t检验，方差不齐时使用t'检验，以P＜0.05为显著差异。

1.4.2 使用SPSS 19.0软件进行统计，分析模型组D值数据是否符合正态分布，比较D值在L1-L5不同椎节间的差异性，方差齐性时使用完全随机设计的方差分析，方差不齐时使用Tamhane检验，以P＜0.05为显著差异。

1.4.3 使用SPSS 19.0软件进行统计，分析模型组K值是否符合正态分布，分析K值在L1-L5不同椎节间差异性，方差齐性时使用完全随机设计的方差分析，方差不齐时使用Tamhane检验，以P＜0.05为显著差异。

2 结果

2.1 经测量发现，所有26具模型共55椎节椎弓根上方轴线均位于关节突关节面后缘外侧，椎弓根侧方轴线均相对于棘突上缘中段切线向头侧成角。

2.2（1）经统计分析，模型组L1-L5椎节D值分别为5.37±1.13 mm、5.48±1.23 mm、7.24±2.13 mm、7.77±2.14 mm、9.87±2.55 mm。模型组及CT影像组D值数据均符合正态分布，并且方差齐性，采用独立样本t检验，两组相同椎节间D值于L1-L4椎节无明显差异性，L5椎节差异性有统计学意义（表2）。由于模型组L1-L5组间方差不齐，故采用Tamhane检验，经统计分析得出L1-L2、L3-L4椎节间差异性无统计学意义，其余各椎节相比较差异性均有统计学意义。

表2快速成型模型组测量关节突关节面后缘距椎弓根轴线水平距离D（mm）

（2）经统计分析，模型组L1-L5椎节K值分别为1.00±1.23 mm、0.89±1.34 mm、1.17±1.44 mm、0.80±1.19 mm、0.99±1.54 mm，K值数据符合正态分布，L1-L5椎节间方差齐性，采用完全随机设计的方差分析，L1-L5组间差异性无统计学意义，将K值合并，K值=0比率为61.82%（68/110），K值≤2比率为80.91%（89/110）。

（3）经统计分析，L1-L5椎节α角分别为：7.14±2.27°、7.69±2.43°、8.73±3.61°、10.43±4.09°、15.00±5.19°，呈逐渐增大趋势，L5椎节α角明显大于其他椎节。

2.3 临床共置入椎弓根螺钉223枚，11枚穿破皮质，9枚相对风险螺钉，2枚绝对风险螺钉，准确率95.07%，风险率4.93%，绝对风险率0.90%（表3、4）。

所有患者术后住院及随访期间无神经血管损伤并发症及断钉、断棒、螺钉松动等情况（图3）。

图3 腰椎管狭窄患者使用该法置钉，术后复查提示内固定在位稳定，进钉点、外展角、头倾角合适

表3关节突关节面-棘突法临床置钉结果

3 讨论

3.1 个体化置钉必要性

经椎弓根内固定技术是脊柱外科的一个飞跃性发展，临床开展20余年来，证明了它的必要性和有效性。该技术的主要难点是如何由腰椎后方不很规则而繁杂的结构中准确的寻找到进钉点。为此学者们多年努力总结研究出许多置钉方法，这些方法主要是通过大量的人体骨骼解剖而得到椎弓根的后方位置规律特点，统计其数据而总结得来，临床应用证明这些方法可行并较好的解决了临床问题[4-7]。但在使用中各个方法仍存在着一些不足，最终导致的是置钉准确性问题，它关系到术中风险和术后固定效果。目前腰椎各种手法置钉准确率在83%左右[8，9]，分析其原因考虑每种置钉方法应用时采用的数据来自解剖统计均值所致。对于患者，个体与个体之间存在着差异：包括男女性别的不同，年龄的不同，体重的不同，身高的不同，疾患、损伤的不同，节段的不同，甚至同一节段左右的不同，这些不同就导致了人们的骨骼的差异性，置钉时使用统计均值可能难免介入误差而影响置钉准确率。目前常用的手法置钉法经临床验证能够用于大部分患者，但对克服患者个体变异方面或多或少的存在着缺陷，置钉也就难免会产生可能的偏差。由此有学者提出了个体化置钉[10]，即针对每个椎弓根通过其影像学检查确定进钉点、进钉方向以及大小合适的椎弓根螺钉，增加置钉准确率，降低手术风险。近些年，计算机导航辅助置钉方法[11，12]逐渐应用于临床，高科技的应用为临床个体化置钉提供了可靠的保障，具有很好的应用前景。但目前在这种高科技辅助设备未普及情况下，寻求一种个体化的手法置钉法仍十分必要，一般医院可普及，医生应用起来也十分方便、快捷，可以弥补其他传统手法置钉方法之不足。

3.2 测量结果与可行性分析

解剖学上腰椎小关节面趋于前后位走向，X线极易穿透关节突关节软骨及周围非骨性组织，再加上脊柱骨骼以松质骨为主，所以关节突关节在DR影像片上能够清晰显示，CT影像上关节突关节走形更为明了，这就为术前精确测量提供可能。另外Centricity Enterprise Web V3.0软件精度较高，为测量提供保障。对于椎弓根轴线的确定，为统一化测量减少误差，我们选取CT平扫图像上平行上终板的腰椎轴位最宽的一张，且以经过椎体最大横径四等分最外侧等分点的直线为椎弓根轴线[2]（图2a）。

以往的研究表明，腰椎关节突关节面后缘距椎弓根轴线距离D值相对恒定，所以利用关节突关节面后缘定位椎弓根理论上来说切实可行[2]。模型组与CT影像组测量D值比较，L1-L4椎节间差异性无统计学意义，这表明CT影像测量数据与模型测量数据基本吻合。但在L5椎节有统计学差异，考虑由于L5关节突严重增生比率较高，测量中骨赘影响而导致误差较大。CT影像及模型测量时发现两种不同测量方法所测得的D值于L1-L5椎节均逐渐递增，这说明通常情况下进钉点从L1-L5逐渐偏外，外展角也逐渐增大，这一规律可作为术中参考。棘突上缘中段切线与椎弓根轴线夹角（α角）即头倾角，L1-L5椎节逐渐增大，L1-L4椎节间差别较小，L5椎节头倾角明显增大，约为15°左右。

与此同时，我们利用模型测量上位椎节下关节突下缘水平线与椎弓根轴线的位置关系，共测量110例小关节，重叠（K值=0）率为61.82%（68/110），距离2 mm以内（K值≤2）的比率为80.91%（89/110）。实际上椎弓根管口不是一个点而是一个区域，如果在其中心点周围2 mm内（合适的外展角和头倾角）置钉都是安全的，故使用上位椎节下关节突下缘水平线作为定位进钉点的横向基线同样可行，为手法置钉提供了多元化的参考。

就风险性来看所有穿破椎弓根的螺钉都存在一定风险，为了更好的评估风险性，我们将椎弓根外螺钉称作风险螺钉，其所占的比率称作风险率。椎弓根外螺钉偏移率大小、偏移部位不同，其风险性不同。因此将椎弓根外螺钉又分为相对风险螺钉及绝对风险螺钉。椎弓根外螺钉越多，风险率越高，但真正引起风险的是绝对风险螺钉，这部分螺钉不管是偏移率大或小，都是临近神经、血管等重要组织结构或脏器（表1）。相对风险螺钉虽突破椎弓根壁，但它们离重要组织结构有一段距离，有潜在风险，和绝对风险螺钉相比，其风险率较低，可能力学性能受一定影响。本研究共置入椎弓根螺钉223枚，完全在椎弓根内的螺钉212枚，穿破皮质的螺钉共有11枚，穿破椎弓根外侧皮质螺钉9枚（穿破距离均小于4 mm），穿破椎弓根内侧皮质螺钉2枚，相对风险螺钉9枚，绝对风险螺钉2枚，未出现穿破椎弓根上下缘皮质螺钉，准确率95.07%，风险率4.93%，绝对风险率0.90%。而与我们以往使用传统手法置钉的研究相比，本法置钉准确率较之提高，而且风险率及绝对风险率降低[13]，说明关节突关节面-棘突法是一种安全有效的置钉方法。本研究所有患者住院及随访期间内固定位置良好，未出现神经、血管等损伤并发症及螺钉松动、断钉、断棒等情况（图3）。

3.3 本法置钉优缺点及注意事项

3.3.1 本法优点 关节突关节面、棘突与椎弓根解剖关系在术前影像上容易观察测量，术中易于显露，以其定位椎弓根可以克服复杂变异，操作简易，较少依赖术者经验，能够满足个体化置钉需要。故术前参考影像测量数据进行个体化置钉比单纯使用传统解剖学标志置钉更为可靠，有助于提高置钉成功率以及减少并发症[14]。

根据研究表明，由于椎弓根轴线通常位于关节突关节面后缘外侧，并且椎弓根轴线与根面直线（关节突关节面后缘与椎弓根内壁连线）在L1、L2椎节上基本平行，L3-L5椎节外展角（e）与根面角（γ）仅相差5°左右[2]（图2a）。故我们在选取进钉点纵向基线时，术前测量关节突关节面后缘距椎弓根轴线的水平距离D，术中由关节突关节面后缘向外侧旁开D距离，这样避免了进钉点偏内，只要术中置钉时不突破关节突关节面，一般不会穿破椎弓根内侧皮质，术中只需要提拉棘突明确关节突关节面即可，这样增加了置钉安全性，这点在临床置钉时得到证明（穿破椎弓根内侧皮质螺钉数量仅有2枚）。本法在选取横向基线时，采用棘突上缘中段作为定位椎弓根轴线的参考标志。研究表明棘突上缘投影于椎弓根纵径的Ⅱ区、Ⅲ和Ⅳ区的概率分别为12.0%、73.4%、14.2%[2]，故棘突上缘中段距椎弓根轴线垂直距离较近，在此三个区域内置钉都是可行的。进钉点确定后按照术前测量的外展角、头倾角进行置钉，真正做到个体化置钉。不仅如此，该法无需暴露横突，减少了对周围肌肉韧带损伤，减少了手术创伤，对于横突变异、损伤的患者特别适合。

3.3.2 本法不足 （1）腰椎真性滑脱时由于椎体向前滑脱，而棘突等附件滞留后方，导致关节突关节面位置破坏以致术中无法辨认，加上无法以棘突定位进钉点的横向基线，故对于真性滑脱病人本法置钉并不适合；（2）严重脊柱侧凸及骨折患者，椎弓根与关节突关节面、棘突的解剖关系常常紊乱，此时不宜使用此法定位；（3）关节突增生严重、关节面融合等情况下运用此法也会影响置钉准确性。

3.3.3 注意事项 （1）对于关节突增生的患者，若术中视野暴露不清，未清除增生的骨赘而盲目置钉，该种情况下容易导致进钉点偏离；（2）术中应触摸棘突上缘中段骨性结构，而不能误将棘间或棘上韧带作为定位标志，否则会导入误差；（3）应用本法置钉时，手术中影像透视仍然是必要的，个体化置钉不能够保持绝对的准确，因为目测误差不能完全克服。

总之，目前腰椎椎弓根定位方法多种多样，尽管导航系统是最精确的方法，但目前还不能广泛应用，传统手法置钉仍占主流地位，而各种传统手法置钉方法使用起来各有利弊，临床医生应该掌握多种定位椎弓根的方法以应对各种特殊情况。因此寻找一种创伤小、简单实用的个体化手法置钉定位方法很有必要。通过本研究证明，关节突关节面-棘突法置钉法应用于临床，准确率高、风险率低、实用性强、操作简单，而且可以弥补传统置钉手法之不足以及克服部分骨骼变异，符合个体化置钉，为临床手法置入腰椎椎弓根螺钉提出了一种新方法。由于该法尚未普及，因此需要进行更大样本的临床验证。

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