胸腰段脊柱椎弓根形态及相关因素分析

戚力升，谢明忠，李 森

胸腰段脊柱椎弓根形态及相关因素分析

戚力升，谢明忠，李 森

目的测量胸腰段（T11～L2）脊柱椎弓根最狭窄处的高度（POH）、宽度（POW）和轴长（PL），观察椎弓根形态学变化规律，分析各测量参数与性别、年龄、身高、体质量指数（BMI）等因素的相关性。方法通过CT三维重建观察100例中国汉族成人胸腰段脊柱椎弓根最狭窄处的解剖形态，测量胸腰段脊柱POH、POW和PL等参数；采用Pearson相关分析评估POH、POW、PL与不同性别（男性和女性）、年龄（＜60和≥60岁）、身高（＜160和≥160 cm）、BMI（＜24和≥24 kg/m2）患者之间的相关性。结果胸腰段脊柱椎弓根最狭窄处冠状面形态各异，多为椭圆形（T1156%、T1259%、L175%、L264%）、肾形（T1138%、T1233%、L124%、L234%），少数为不规则形（T116%、T128%、L11%、L22%）。T11～L2POH、POW和PL的平均值分别为15.3、7.5、45.5 mm。在性别、年龄、身高、BMI分组中，POH、POW和PL与性别、身高的相关性有显著统计学意义（P＜0.05），与年龄无显著相关性（P＞0.05）；除T12POH、PL之外，余测量参数均与BMI无相关性。结论中国汉族成年人胸腰段脊柱POH、POW、PL与性别、身高存在显著相关性，但与年龄、BMI无明显相关性；术前采用个体化3D-CT测量椎弓根形态学参数可为螺钉直径的选择提供客观依据，对提高手术安全性具有重要临床意义。

胸椎；腰椎；椎弓根；形态测量学；体层摄影术，X线计算机；骨螺丝；年龄因素；性别因素；身高；人体质量指数

脊柱胸腰段是胸椎和腰椎的过渡区域，活动度较大且无肋骨支撑，是最易骨折的部位，据报道，胸腰段骨折占脊柱骨折的10%～20%[1]。椎弓根螺钉内固定生物力学性能良好，固定坚强可靠，是临床上治疗胸腰段骨折的常用术式[2]。但是，如选钉不当或术中出现置钉错误，则可能导致脊髓神经血管损伤、硬脊膜撕裂及脑脊液漏等严重并发症，还可能引起后凸畸形、钉棒断裂、螺钉拔出、内固定松动等远期并发症[3]。因此，充分了解胸腰段脊柱椎弓根的形态学特征，对提高后路椎弓根螺钉内固定手术的成功率和远期疗效非常重要。研究还发现，影响不同个体间椎弓根解剖参数差异的因素主要有性别、年龄、身高、体质量等，但不同学者、不同研究方法所得到的结论并不一致[4-6]，各参数与影响因素之间的关系也不甚明了，这些都不利于术中安全置钉。本研究运用64排螺旋CT多平面重建技术观察胸腰段脊柱各椎体椎弓根最狭窄处的解剖形态，测量椎弓根高度（pedicle outer height，POH）、椎弓根宽度（pedicle outer width，POW）和椎弓根轴长（pedicle length，PL），同时观察测量参数与性别、年龄、身高、体质量的相关性，为提高椎弓根螺钉置钉的准确性和安全性提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

将2016年4月至2016年10月于西南医科大学附属中医医院住院部CT室行胸腹部64排螺旋CT扫描的中国汉族成年人纳入研究。排除标准：①先天性、特发性、退行性脊柱侧弯；②腰椎骶化、骶椎腰化、胸椎腰化等变异；③合并胸腰椎化脓性感染疾病、结核、肿瘤；④强直性脊柱炎、类风湿性脊柱炎、弥漫性特发性骨韧带肥厚症；⑤骨折脱位或椎弓根骨折导致后凸畸形。

共收集100例中国汉族成年人胸腰段脊椎CT数据，其中男性71例、女性29例，年龄19～84岁，平均年龄（52.8±16.4）岁；身高159～177 cm，平均身高（166.7±7.3）cm；体质量指数（body mass index，BMI）18.3～27.7 kg/m2，平均BMI（22.6± 4.4）kg/m2。

1.2 测量指标

①POH：椎弓根最狭窄处皮质骨上下外缘的距离；②POW：椎弓根最狭窄处皮质骨左右外缘的距离；③PL：椎弓根轴线上从侧块后表面的起点到椎体前缘皮质的距离；④BMI：以体重/身高2计算。

1.3 测量方法

采用Lightspeed-64排螺旋CT（GE公司，美国）对T11～L2脊椎进行连续性扫描，将所得原始图像传至ADW 4.4同步工作站中，利用CT三维重建技术获得图像（层厚0.625 mm，窗宽1 300 HU、窗位400 HU），观察胸腰段椎弓根最窄处冠状面形态，测量左右两侧椎弓根POH、POW、PL（图1），精度为0.1 mm。

1.4 统计方法

运用Microsoft Office Excel 2010和SPSS 17.0软件进行数据统计分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示。同节段椎弓根左右两侧间的比较采用配对样本t检验，不同节段的多组比较采用单因素方差分析。椎弓根形态学测量参数与性别、身高、年龄、BMI之间的相关性采用Pearson相关分析，结果以相关系数r表示，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 胸腰段脊柱椎弓根最窄处形态变化

胸腰段椎弓根最窄处冠状面形态变化多样，多为椭圆形（T1156%、T1259%、L175%、L264%）、肾形（T1138%、T1233%、L124%、L234%），少数为不规则形（T116%、T128%、L11%、L22%），见图2。

2.2 胸腰段脊柱椎弓根测量参数

2.2.1 各脊椎左右两侧椎弓根测量参数比较

如表1所示，T11～L2左右两侧椎弓根POH、POW及PL比较，差异无统计学意义（P＞0.05），提示左右两侧解剖学结构具有良好的对称性，数据可合并计算。

2.2.2 各脊椎POH、POW、PL比较

T11～L2POH、POW和PL的测量结果见表2。 T11～L2POH均值为（15.3±1.7）mm，各脊椎POH比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。T11～L2POW均值为（7.5±1.6）mm，各脊椎POW比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；其中各节段POW＜7 mm的百分比依次为T11（12.5%）、T12（20.0%）、L1（18.0%）、L2（14.0%）。T11～L2PL均值为（45.5± 1.7）mm，各脊椎PL比较有显著性差异（P＜0.05）。

2.3 相关因素分析

如表3～表6所示，胸腰段脊柱各节段POH、POW、PL与性别、身高相关性有统计学意义（P＜0.05）；与年龄相关性无统计学意义（P＞0.05）；T12POH、PL与BMI有相关性（P=0.044，0.048），其余测量参数与BMI无相关性（P＞0.05）。

图1 胸腰段脊柱椎弓根各形态学参数测量 1A在所得图像经椎弓根中点的椎体横断面上测量椎弓根轴长（PL）1B在上述椎体横断面上平行于椎弓根轴线进行重建，获得椎弓根矢状面图像，选取椎弓根矢状面最狭窄处测量椎弓根高度（POH）1C在横断面最狭窄处、垂直于椎弓根轴线进行重建，获得垂直于椎弓根轴线的冠状面，测量椎弓根宽度（POW）

3 讨论

图2 胸腰段椎弓根最窄处冠状面形态（基于3D-CT扫描图像测量）

表1 T11～L2左右两侧椎弓根测量参数（±s，n=100）

表1 T11～L2左右两侧椎弓根测量参数（±s，n=100）

注：POH：椎弓根高度；POW：椎弓根宽度；PL：椎弓根轴长

节段t值P值t值P值t值P值T11 T12 L1 L2 POH/mm左侧15.7±1.7 16.3±1.9 15.1±1.8 14.0±1.7右侧15.7±1.8 16.1±2.2 15.0±2.3 14.1±1.7 0.656 1.279 0.514 -1.006 0.513 0.204 0.609 0.317 POW/mm左侧7.7±1.7 8.5±1.9 6.9±1.6 6.8±1.5右侧7.7±1.6 8.3±1.8 6.6±1.5 6.8±1.5 -0.593 1.389 0.844 0.137 0.555 0.168 0.401 0.892 PL/mm左侧40.5±1.6 43.1±1.9 48.6±1.8 49.5±1.7右侧40.7±1.7 43.4±1.6 48.7±1.6 49.8±1.8 -0.353 -0.618 -0.415 -0.706 0.725 0.538 0.678 0.482

表2 T11～L2椎弓根测量参数（±s，n=200）

表2 T11～L2椎弓根测量参数（±s，n=200）

注：POH：椎弓根高度；POW：椎弓根宽度；PL：椎弓根轴长

节段T11 T12 L1 L2 POH/mm范围10.7～19.6 10.3～21.0 11.6～19.6 8.6～17.8 POW/mm范围3.0～11.7 3.1～13.6 3.7～10.8 3.7～11.0 PL/mm范围36.7～42.6 41.5～45.9 44.2～51.6 48.6～51.2 F值P值平均值15.7±1.7 16.2±2.0 15.1±2.0 14.1±1.7 47.363 0.000平均值7.7±1.6 8.4±1.8 6.8±1.6 7.1±1.5 37.700 0.000平均值40.6±1.7 43.2±1.9 48.6±1.8 49.7±1.7 93.930 0.000

3.1 胸腰段椎弓根的形态学特点

解剖形态学研究发现，胸腰段椎弓根是一个具有多形态的管状结构，外层为皮质骨，内层为松质骨。最狭窄处冠状面并不是正圆形结构，而是形态各异，部分呈肾形或泪滴形，部分呈椭圆形，少部分为不规则形，甚至部分椎弓根形态有变异或存在全皮质型椎弓根[7]；Robertson等[8]还观察到，椎弓根最狭窄处冠状面为向内侧倾斜的椭圆形，并非垂直于横断面。本研究发现，胸腰段椎弓根最窄处冠状面形态变化多样，多为椭圆形（T1156%、T1259%、L175%、L264%）、肾形（T1138%、T1233%、L124%、L234%），少数为不规则形（T116%、T128%、L11%、L22%），未有全皮质型椎弓根出现。此外，本研究对T11～L2各椎体椎弓根之间的形态学参数进行比较，结果表明，差异具有统计学意义（P＜0.05）；胸腰段各椎体POH、POW和PL的均值分别为（15.3±1.7）、（7.5±1.6）和（45.5± 1.7）mm，不同节段、不同个体间椎弓根的解剖参数呈现出相当大的差异。

表3 T11～L2椎弓根测量参数与性别因素的相关性

表4 T11～L2椎弓根测量参数与年龄因素的相关性

表5 T11～L2椎弓根测量参数与身高因素的相关性

表6 T11～L2椎弓根测量参数与BMI的相关性

3.2 形态学参数对螺钉直径选择的影响

椎弓根螺钉直径的选择取决于椎弓根宽度（POW），选择直径与POW相匹配的螺钉能最大限度地增加螺钉的把持力和抗弯强度[9]。研究表明，椎弓根螺钉的固定强度受螺钉-骨界面的接触面积和把持骨质变化的影响，且与椎弓根螺钉把持的皮质骨骨量呈正相关，当螺钉直径超过椎弓根内径时，螺钉的螺纹会嵌入部分皮质骨，大大增加螺钉的固定强度[10]。殷建新[11]回顾性分析椎弓根螺钉固定强度的相关影响因素，发现大直径椎弓根螺钉内固定具有更强的力学固定性能。Polly等[12]的实验结果显示，螺钉直径增加2 mm，旋入扭矩增加8.4%，直径更大的螺钉在旋入过程中挤压骨小梁，使螺纹嵌入致密的骨质层中；但是，当螺钉横截面积增大至椎弓根横截面积的90%时，再增加螺钉直径容易导致椎弓根破裂。

本研究测量结果显示，T11～L2POW均值依次为（7.7±1.6）、（8.4±1.8）、（6.8±1.6）和（7.1± 1.5）mm，最大值在T12、最小值在L1；个体差异也较大，从3.0～13.6 mm不等。原则上椎弓根螺钉直径应略小于最窄处松质骨的宽度，一般占最窄处直径的70%～80%，这样既可提供良好的生物力学效能，又能减少椎弓根皮质破裂的发生率[13]。临床上通常在胸腰段内固定术中选择6 mm直径的椎弓根螺钉，能为POW 7.0～8.5 mm的椎弓根提供足够的把持力[14]，而本研究中T11～L2POW＜7 mm的百分比依次为T11（12.5%）、T12（20.0%）、L1（18.0%）、L2（14.0%），这部分椎弓根使用6 mm螺钉置钉可能会出现椎弓根破裂。胸腰段POW显示出如此大的差异，提示我们在临床实际操作中不能完全凭借经验，以置钉部位和测量所得的平均数据作为选钉的主要依据，建议术前对每例患者行个体化3D-CT测量，充分了解椎弓根形态学参数，为螺钉直径的选择提供个性化依据，从而减少椎弓根破裂引起神经血管损伤的风险。

3.3 相关因素的研究及意义

研究发现，性别、年龄、身高、体质量、人种等因素可能与椎弓根形态学的解剖参数有一定的相关性[4-6]。不同学者、不同研究方法得到的结论也不尽相同。Zhuang等[6]采用Person相关分析对影响胸椎椎弓根解剖参数的相关因素进行研究，结果证实，椎弓根最窄处的高度、宽度以及轴长与性别、身高存在显著的正相关性，但与体质量无明显相关性；Amonoo-Kuofi[15]的研究结果表明，不同年龄段部分腰椎椎弓根的高度和宽度存在明显的统计学差异。本研究结果显示，中国汉族成年人性别、身高是影响胸腰段椎弓根形态学参数的重要因素，年龄与胸腰段椎弓根形态学参数无显著相关性，除T12POH、PL之外，其余节段测量参数与BMI无相关性，提示我们在椎弓根置钉时应考虑性别、身高的影响。

本研究非多中心研究，资料有限，病例数较少；影像资料也质量不一，测量与阅片可能存在误差。此外，仅测量了部分形态学参数，对其他形态学参数（如椎弓根间距、椎弓根轴线倾角等）的观察以及其与性别、年龄、身高、体重、人种等因素的相关性分析还有待进一步研究。

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[15]Amonoo-Kuofi HS.Age-related variations in the horizontal and vertical diameters of the pedicles of the lumbar spine[J]. J Anat,1995,186(Pt 2):321-328.

（本文编辑：白朝晖）

舟状骨骨折：循证治疗（精装）

Buijze G，Jupiter JB编著

ISBN-10：0323485642

ISBN-13：978-0323485647

Elsevier出版社 2017年12月出版 350页

该书既包括术者必需掌握的舟状骨骨折相关知识（如循证治疗学、解剖学、诊断学、急性骨折处理、骨畸形愈合及骨不连治疗等），又提供了典型病例，结合病例详细探讨诊疗过程的最新观点和证据，并给出重要建议；其所提供的参考文献也便于阅读，同时还总结了当今该领域最佳的循证诊疗手段。总之，该书融合了最新的循证结果，从专家视角为读者快速准确地提供舟状骨骨折现代诊疗的实用信息。

Analysis of pedicle shape and related factors in thoracolumbar spine

QI Lisheng*,XIE Mingzhong,LI Sen.
*Department of Spinal Surgery,the Affiliated Traditional Chinese Medicine Hospital of Southwest Medical University,Luzhou,Sichuan 646000,China

LI Sen,E-mail:jht187@163.com

Objective To measure pedicle outer height(POH),pedicle outer width(POW)and pedicle length(PL)at the narrowest pedicle in thoracolumbar spine(T11-L2),to observe the changes of thoracolumbar pedicle morphology,and to analyze the correlations between measured parameters and gender,age,height and body mass index(BMI).Methods The study included 100 Chinese adults with Han nationality.The morphology and anatomy at the narrowest thoracolumbar pedicle were observed using 3D reconstruction technique,and parameters including POH,POW and PL were measured;Correlations of gender(male and female),age(＜60and＞=60 years old),height(＜160 and＞=160 cm),BMI(＜24 and＞=24 kg/m2)with parameters of POH、POW and PL were evaluated by Pearson correlation analysis.Results Narrowest frontal plane in thoracolumbar pedicle showed different shapes,mostly were oval-shape(T11 56%、T12 59%、L1 75%、L2 64%),kidney-shape(T11 38%、T12 33%、L1 24%、L2 34%),and a few were irregular(T11 6%、T12 8%、L1 1%、L2 2%).Average value of POH,POW and PL in T11-L2 was 15.3,7.5 and 45.5 mm respectively.In gender,age,height and BMI subgroups,the correlations of POH,POW and PL with gender and height were statistically significant(P＜0.05); There were no positive correlations with age(P＞0.05);As for BMI,parameters showed no correlations with BMI except POH and PL in T12.Conclusions The POH,POW and PL in Chinese Han adults are significantly correlated with gender and height,but not related to age and BMI;Preoperative 3D-CT could be used to measure pedicle morphology parameters,so as to provide an objective basis for the selection of screw diameter,which has important clinical significance to improve the safety of the operation.

Thoracic vertebrae;Lumbar vertebrae;Pedicle;Morphometry;Tomography,X-ray computed; Bone screws;Age factors;Sex factors;Body height;Body mass index

R322.71，R687.32

：A

：1674-666X(2017)03-175-07

2017-04-13；

2017-05-20）

10.3969/j.issn.1674-666X.2017.03.007

四川省医学会科研课题计划项目（S15043）

646000四川泸州，西南医科大学附属中医医院脊柱科（戚力升，谢明忠，李森）；西南医科大学附属医院脊柱外科（李森）

李森，E-mail：jht187@163.com