人颈椎终板的CT影像学测量及其意义

朱宇航，钟　专，刘尊严，顾小艺，张文婧，王　帅，李　晶，朱庆三，李幼琼

(1.吉林大学基础医学院人体解剖学教研室，吉林 长春 130021；2．吉林大学中日联谊医院骨科，吉林 长春 130033；3.吉林大学第二医院骨科，吉林 长春 130041；4.中国人民财产保险公司长春分公司人伤分部，吉林 长春 130022；5.吉林大学第一医院二部放射线科，吉林 长春 130031)

人颈椎终板的CT影像学测量及其意义

朱宇航1,2，钟专3，刘尊严4，顾小艺1，张文婧1，王帅1，李晶5，朱庆三2，李幼琼1

(1.吉林大学基础医学院人体解剖学教研室，吉林 长春 130021；2．吉林大学中日联谊医院骨科，吉林 长春 130033；3.吉林大学第二医院骨科，吉林 长春 130041；4.中国人民财产保险公司长春分公司人伤分部，吉林 长春 130022；5.吉林大学第一医院二部放射线科，吉林 长春 130031)

目的：利用颈椎CT扫描技术对中国东北地区成年人颈椎终板的形态学参数进行测量，为设计适合中国人的人造颈间盘提供准确的形态学依据。 方法：通过颈椎CT扫描获取80名健康成人的颈部CT影像学资料。利用CT影像测量技术，分别测量颈3椎骨(C3)至颈7椎骨(C7)的上终板长(APLu)、上终板宽(CMLu)、下终板长(APLl)和下终板宽(CMLl)参数，并对每个参数进行性别比较和不同颈椎节段的比较。 结果： APLu、CMLu、APLl和CMLl的参数值随颈椎节段的下降而不断增大(PAPLu=0.023，PCMLu=0.007，PAPLl=0.035，PCMLl<0.001)；各参数男女比较差异有统计学意义(P<0.05)。本实验获得的参数值与已报道的其他国家的数值比较差异有统计学意义(P<0.05)。 结论：本研究为设计适合中国人的人造颈间盘提供了准确的形态学依据。

计算机体层成像；颈椎终板；形态学；中国人；人造颈间盘

随着间盘假体的不断发展，颈间盘置换术已经成为治疗颈间盘疾病最受欢迎的手术方法之一，其不论在短期疗效还是长期疗效上均显示出一定的优势[1-2]。其中间盘假体的匹配程度是影响颈间盘置换术术后质量的关键因素。很多研究[3-4]表明：亚洲人群的骨骼形态相对西方人群较小，而国内使用的人造颈间盘又是根据西方人群颈椎形态设计的，并且有研究[5]证实人造颈间盘的假体型号与颈椎终板的不匹配现象可能会造成一些术后并发症，如异位骨化、假体错位、自体融合和假体沉降等，因此，为了推动颈间盘置换术的发展和减少术后并发症的发生，并设计出符合人体颈椎终板形态的人造颈间盘，获取准确的颈椎终板形态学参数显得至关重要。但目前关于颈椎终板的形态学测量研究的样本大多以白种人为主[6-7]，还有很多研究是样本量较少的尸体研究[6-8]。因此，本研究通过高分辨率CT影像测量技术以获取中国人群颈椎终板的形态学参数，为设计适合中国人群的人造颈间盘提供准确的形态学依据。

1　资料与方法

1.1样本来源随机选取2014年1—12月在吉林大学中日联谊医院放射线科行颈部CT平扫检查的患者80例，其中男性40例，女性40例，男性平均年龄(40.15±9.71)岁(22～55岁)，女性平均年龄(39.79±11.13)岁(19～63岁)。所选80例患者的颈椎CT扫描结果均未见异常。

1.2主要仪器和方法使用Aquilion ONE 320 螺旋扫描仪(东芝公司，日本)，扫描电压120 kV，电流300 mV，厚度0.5 mm。患者仰卧位，轴位连续螺旋扫描，所有的影像在CT工作站(Advantage Workstation 4.5，美国通用公司)上重建二维图像，选择测量窗宽1 500 HU，窗位500 HU。在CT影像工作站上测量如下参数： ①上终板长(APLu)。在椎骨的正中矢状面上，上位终板的前后径长度，见图1；②下终板长(APLl)。在椎骨的正中矢状面上，下位终板的前后径长度，见图1；③上终板宽(CMLu)。以上终板长的中点为基点，椎骨上位终板的正中宽度，见图2；④下终板宽(CMLl)。以下终板长的中点为基点，椎骨下位终板的正中宽度，见图2。上终板宽和下终板宽均不包括两侧钩突的宽度。所有参数值均以毫米(mm)为单位并保留小数点后2位。

图1　APLu与APLl测量示意图

Fig.1Schematic diagram of measurement of APLu and APLl

图2　CMLu与CMLl测量示意图

Fig.2Schematic diagram of measurement of CMLu and CMLl

2　结　果

本研究对400块颈椎骨、共800个颈椎终板进行了CT影像学测量。从C3至C7，单因素方差分析结果显示：各参数在不同颈椎节段间比较差异有统计学意义(P<0.05)，APLu、CMLu、APLl和CMLl的参数值随颈椎节段的下降不断增大(PAPLu=0.023，PCMLu=0.007，PAPLl=0.035，PCMLl<0.001)。APLl在C7水平略有减小，但与C6比较差异无统计学意义(P=0.067)。各参数男性与女性间比较差异有统计学意义，女性各参数值均较男性小(P<0.05)。本研究所获得的数据和统计学结果见表1，平均参数值变化规律见图3。

图3　颈椎终板形态学参数值从C3至C7节段的变化

Fig.3Changes of morphological parameters of cervical endplate from C3 to C7

表1　颈椎终板形态学参数测量结果

*P<0.05 compared with male group.

本研究数据与其他国家相比(表2)：CMLu测量值明显小于Panjabi等[6]测量的欧美人群的数值，但略大于Kim等[8]测量的韩国人群的数值(P<0.05)；中国人群的CMLl与欧美人群和韩国人群的测量结果基本吻合；中国人群的APLu与APLl均短于欧美人群与韩国人群(P<0.05)。

3　讨　论

研究[9-10]表明：与颈椎减压融合术比较，颈间盘置换术对于保持颈间盘高度和维持颈椎活动度上有着更好的效果。同时，颈间盘置换术对减轻相邻关节面的负荷和延缓相邻颈椎节段的退变也有着一定的疗效[11]。然而，随着人造颈间盘的不断使用，一些术后并发症也逐渐出现，如假体移位、假体沉降、自体融合和异位骨化等[12-14]，这些并发症最终可能导致颈间盘置换术的失败。

Thaler等[5]将颈椎终板的参数值(长度与宽度)与目前临床上常用的4种人造颈间盘(Bryan、Prestige LP、Discover和Prodisc-C)的型号进行了比较，发现即使与最大型号的假体相比，也有约一半的颈椎终板的参数值超出了假体型号范围，即目前的人造颈间盘的型号普遍较颈椎终板小，不能完全匹配所有的颈椎终板形态。从生物力学的角度来讲，当患者颈椎植入较小的假体时，假体沉降将更有可能发生，因为颈椎终板力学强度最大的区域是在终板后部和后外侧区，终板前部和中央区力学强度相对较弱，更容易发生终板塌陷[15]。

表2　不同国家地区人群颈椎终板形态学参数测量结果

*P<0.05 compared with Caucasian data;△P<0.05 compared with Korean data.

再者，研究[16-18]表明：植入型号较小的间盘假体也可能是造成术后异位骨化的诱因之一。然而过大的间盘假体又会造成出血、压迫喉神经、损伤气管或食管等并发症[5]。因此，为了减少颈间盘置换术术后的并发症，并设计出符合并适应颈椎终板的间盘假体，对颈椎终板进行准确而大量的形态学测量显得至关重要。在本研究中，基于高精度、低误差的螺旋CT影像图像，采用大样本处理方式对800个国人颈椎终板形态学参数进行测量，为设计适合中国人群的人造颈间盘和发展颈间盘置换术提供形态学依据。

Panjabi等[6]在1991年利用三维坐标测量技术对12具欧美人尸体的颈椎进行了全方位多参数的测量，其测量结果显示：随着颈椎节段的下降，颈椎APLu、CMLu、APLl和CMLl 4个参数值呈不断增加趋势。但由于样本数量有限，Panjabi等[6]的测量数据未对男女颈椎终板的性别差异进行系统的阐述。Kim等[8]在2007年利用CT影像三维重建技术对57具韩国人尸体的颈椎终板参数进行了测量，发现APLu、APLl、CMLu和CMLl随着颈椎节段的下降数值不断增加，与Panjabi等[6]的测量数据规律相一致。韩国人群的APLu、APLl和CMLl数值与Panjabi等[6]报道的欧美人群数值相近，但韩国人群的CMLu值明显小于欧美人群。Kim等[8]发现韩国人颈椎终板形态上存在着明显的性别差异。在本研究中，4个颈椎终板参数值随颈椎节段的下降而不断增大，与其他国家报道的数值规律相符。男女颈椎终板有明显性别差异，男性颈椎终板参数值普遍大于女性。本文作者将本研究获得的中国人群参数值与已报道的其他国家的数值进行了比较，发现中国人颈椎终板形态与外国人相比存在差异。本研究CMLu的测量值明显小于Panjabi等[6]测量的欧美人群所得的数值，与Kim等[8]测量的韩国人群数值相近，但略大于韩国人群的数值。中国人群的CMLl与欧美人群和韩国人群的测量结果基本吻合；而中国人群的APLu和APLl均短于欧美人群与韩国人群。总体上看，除了CMLl与欧美人群的数值相近外，中国人群的其他颈椎终板参数值均小于欧美人群；而中国人群与韩国人群的CMLl相近，但中国人群的终板长度小于韩国人群。本文作者认为：或许是由于同属亚洲地区的原因，相对于欧美人群来说，中国人群的颈椎终板形态可能更接近于韩国人群，但在终板长度上又与韩国人群有所差异。因此，由于不同人种的形态学差异，设计适合中国人的颈椎间盘假体十分必要。

综上所述，本研究通过利用高分辨率CT影像测量的手段来获取中国人颈椎终板的形态学参数，为设计适合中国人的人造颈间盘提供准确的形态学依据，有助于颈间盘置换术的发展和术后并发症的减少。但本研究中仍然存在着一些不足之处：首先，本研究的样本大多数来自于东北地区，可能会产生地域偏倚；其次，从生物力学的角度上讲，人造颈间盘的形态应该与人体自身间盘形态尽可能相似，应恰到好处地覆盖尽可能大的终板面积，以便均匀等量地分散压力。然而仅用上、下终板长宽值4个参数是无法全面地描绘出颈椎终板实际的精准形态。因此，未来的实验还要围绕颈椎终板的形态进行多地区多方位的研究。

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Measurement of CT image of human cervical vertebral endplate and its significance

ZHU Yuhang1,2, ZHONG Zhuan3, LIU Zunyan4, GU Xiaoyi1, ZHANG Wenjing1, WANG Shuai1, LI Jing5,ZHU Qingsan2, LI Youqiong1

(1. Department of Human Anatomy, School of Basic Medical Sciences, Jilin University, Changchun 130021, China;2. Department of Orthopedics, China-Japan Union Hospital, Jilin University, Changchun 130033, China;3. Department of Orthopedics, Second Hospital, Jilin University, Changchun 130041, China; 4. Department of Human Injury, People’s Insurance Company of China, Changchun 130022, China; 5. Department of Radiology,First Hospital, Jilin University, Changchun 130031, China)

ObjectiveTo measure the morphological parameters of cervical endplate of Chinese by using computed tomography (CT) scans, and to provide an accurate morphometric basis for designing and developing the cervical disc prostheses. Methods80 healthy subjects were scanned by CT. The parameters of each cervical vertebra from C3 to C7 were measured by CT scans including upper anteroposterior length (APLu), upper center mediolateral length (CMLu), lower anteroposterior length (APLl) and lower center mediolateral length (CMLl). These parameters were compared between genders and among different vertebral levels. ResultsThe values of APLu, CMLu, APLl and CMLl were increased with the decreasing of cervical segment (PAPLu=0.023，PCMLu=0.007，PAPLl=0.035,PCMLl<0.001). There was statistically significant difference in morphological parameters between genders (P<0.05).Compared with the reported data of other different populations,the statistically significant difference in morphological parameters also existed in the study. ConclusionThe study provides an accurate morphological basis for designing the suitable artificial cervical disc for Chinese population.

computed tomography;cervical endplate; morphology; Chinese; cervical disc prostheses

1671-587Ⅹ(2015)06-1279-05

10.13481/j.1671-587x.20150635

2015-03-29

吉林省科技厅青年科研基金资助课题(201201043)

朱宇航(1991-)，男，黑龙江省双鸭山市人，在读医学博士，主要从事医学骨科学方面的研究。

李晶(Tel: 0431-84808318， E-mail: 1269340309@qq.com)

R445.3；R68

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