腰椎椎弓根形态学研究及相关因素分析

戚力升，李森，谢明忠，李东东，王 清

（西南医科大学：1附属中医医院脊柱科；2附属医院脊柱外科，四川泸州 646000）

社会人口老龄化日益增长，生活工作方式越来越快节奏、高强度，腰椎退变性疾病已然成为脊柱外科最常见的疾病之一[1]。腰椎退变继发脊柱矢状面的失衡，引起退变性腰椎滑脱、腰椎管狭窄、腰椎不稳等疾病的发生，压迫脊髓、神经引起严重的腰腿疼痛。对保守治疗无效者,常需行手术重建脊柱矢状面平衡、恢复腰椎稳定性[2]。近几十年来，经椎弓根螺钉固定技术广泛用于腰椎退变性疾病的手术[3]。但手术中选钉不当及置钉错误，则可能引起脊髓神经、血管损伤及脑脊液漏等严重手术并发症导致瘫痪甚至危及生命，术后还可能引起后凸畸形、螺钉拔出、内固定松动等远期并发症[4]。为避免术中、术后并发症，提高腰椎椎弓根螺钉内固定手术的成功率，需要充分了解腰椎椎弓根的形态学特征。研究发现，性别、年龄、身高及体重等因素影响不同个体间椎弓根解剖参数，但不同学者、不同研究方法所得到的结论并不一致[5-8]。本研究运用64排螺旋CT三维重建技术观察腰椎各椎弓根最狭窄处的解剖形态，测量腰椎椎弓根高度（pedicle outer height,POH）、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，为腰椎椎弓根螺钉置钉提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象

收集2018年1月至2018年6月于西南医科大学附属中医院住院部CT室行腰椎64排螺旋CT扫描的中国汉族成年人纳入研究。排除标准：①骨折脱位或椎弓根骨折导致后凸畸形；②脊柱侧弯；③合并腰椎感染性疾病、结核、肿瘤导致椎体解剖结构异常；④自身免疫性疾病如：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等；⑤腰椎骶化、骶椎腰化、胸椎腰化等变异。

共收集中国汉族成年人胸腰段脊椎CT数据100例，其中男性56例、女性44例，年龄20～86岁，平均年龄（50.4±16.4）岁；身高151～178 cm，平均身高（163.3±7.3）cm；BMI18.1～28.7 kg/m2，平均BMI（23.6 ± 4.4）kg/m2。

1.2 测量指标

①椎弓根高度（POH）：椎弓根最狭窄处皮质骨上下外缘的距离；②椎弓根宽度（POW）：椎弓根最狭窄处皮质骨左右外缘的距离；③椎弓根轴长（PL）：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；④体质指数（body mass icdes,BMI）：以体重（kg）/身高（m2）计算。

1.3 测量方法

采用64排螺旋CT对L1～L5脊椎进行连续性扫描,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），PACS系统中调取患者资料，利用PACS系统自带工具观察腰椎椎弓根最狭窄处冠状面形态，测量左右两侧椎弓根POH、POW、PL（图1），精度为0.1 mm。

图1 腰椎椎弓根各形态学参数测量

1.4 统计方法

运用SPSS 19.0进行数据统计分析，正态分布计量资料用表示，两个样本均数比较采用t检验，多个样本均数比较用单因素方差分析，两两比较采用LSD法。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，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 腰椎椎弓根最狭窄处形态

腰椎椎弓根最窄处冠状面形态：L1、L2多为纵椭圆形（L175%、L264%）、肾形（L124%、L234%），少数为不规则形（L11%、L22%），L3多为斜椭圆形（88%）、少数为纵椭圆形（12%），L4、L5全为斜椭圆形（100%），见图2。

2.2 腰椎椎弓根测量参数

2.2.1 各腰椎左右两侧椎弓根测量参数比较

L1～L5左右两侧椎弓根POH、POW及PL差异无统计学意义（P＞0.05），左右两侧具有良好的对称性解剖学结构，可将左右两侧数据合并计算。

2.2.2 腰椎POH、POW、PL比较

L1～L5POH、POW和PL的测量结果如表1所示。L1～L5POH均值为（12.7±1.7）mm，呈递减趋势，各腰椎POH差异有统计学意义（P＜0.05）。L1～L5POW均值为（9.3±1.6）mm，呈递增趋势，各腰椎POW差异亦有统计学意义（P＜0.05）；其中L1～L3POH＞POW，L4POH≈POW,L5POH＜POW。L1～L5的PL均值为（50.6±1.7）mm，各腰椎的PL差异亦有统计学意义（P＜0.05）。

2.3 相关因素分析

如表2～5所示，腰椎各节段POH、POW、PL与性别、身高相关，有统计学意义（P＜0.05）；与年龄、BMI不相关，无统计学意义（P＞0.05）。

图2 腰椎弓根最窄处冠状面形态

表1 L1～L5椎弓根测量参数（x ± s，n=100）

表2 L1～L5椎弓根测量参数与性别因素的相关性

表4 L1～L5椎弓根测量参数与身高因素的相关性

表5 L1～L5椎弓根测量参数与BMI的相关性

3 讨论

3.1 腰椎椎弓根的形态学特点

腰椎椎弓根是一外层皮质骨内层松质骨的多形态管状结构。其狭窄处冠状面形态各异，有肾型、椭圆形、泪滴型，少部分不规则型，甚至有报道腰椎存在全皮质型椎弓根[9-10]。Robertson等[11]观察到椎弓根最狭窄处的冠状面并非垂直于横断面，而是向脊柱中线倾斜的椭圆形。我国学者张丙磊等[12]将L5椎弓根形态根据形状分为L型和S型两种。本研究发现，腰椎椎弓根最窄处冠状面形态多种多样，尤其是不同腰椎节段间的形态差异巨大。L1、L2多为纵椭圆形（L175%、L264%）、肾形（L124%、L234%），少数为不规则形（L11%、L22%），L3多为斜椭圆形（88%）、少数为纵椭圆形（12%），L4、L5全为斜椭圆形（100%），未发现全皮质型椎弓根。此外，L1～L5各椎弓根之间的形态学参数差异具有统计学意义（P＜0.05）；腰椎各节段POH、POW和PL的均值分别为（12.7 ± 1.7）、（9.3 ± 1.6）和（50.6± 1.7）mm，L1～ L5POH逐渐递减，L1～L5POW、PL逐渐递增，L1～L3POH＞POW，L4POH≈POW,L5POH＜POW，椎弓根的形态学测量参数在不同节段、不同个体间有较大差异。

3.2 腰椎形态学测量参数对螺钉直径选择的影响

腰椎形态学参数影响椎弓根螺钉的固定强度，选择合适直径的椎弓根螺钉在腰椎内固定上有重要意义[13-14]，Zdeblick等[15]研究了椎弓根宽度与拔出力量的关系，在螺钉直径不变的情况下，椎弓根宽度越大，抗拔出强度越差。选择直径占椎弓根宽度（POW）80%的螺钉能最大限度地增加螺钉的抗拔出强度和抗弯强度[16]。Makino等[17]指出，临床上大多以CT水平横断面上的椎弓根皮质内外缘距离来选择螺钉直径，但是腰椎椎弓根冠状面形态学显示（图2），其冠状面形态是椭圆形而非圆形，其横断面长轴与矢状面之间有一定的夹角，此种情况在L4、L3上更为明显。通常测量的椎弓根宽度并不是其最小值，尤其在L4、L5，椎弓根最小宽度比其水平宽度更小。如在置钉过程中按照临床上以水平宽度选择螺钉直径，尽管椎弓根螺钉在标准侧位片上离椎弓根下缘仍有2～3 mm距离，但此时椎弓根内下壁可能已被穿破，出行神经根可能已受到螺钉挤压，同时椎弓根的抗拔出强度下降[18-19]。陈文杰等[20]报道，在下腰椎当POH＜POW时，置钉应以POH为参考。

从椎弓根POH和POW的变化规律上看，L1～L3POH＞POW，L4POH≈POW,L5POH＜POW，提示我们在 L1～L3上应以 POW 来选择螺钉直径，L4、L5以POH来选择螺钉直径，但不同性别、年龄、身高、体重的人群可能对椎弓根的POH、POW有不同的影响。为减小椎弓根破裂引起神经血管损伤的风险，患者术前个体化的3D-CT测量可充分了解椎弓根形态学参数，为螺钉直径的选择提供客观依据。

3.3 相关因素的研究及意义

研究发现椎弓根形态学的解剖参数可能受性别、年龄、身高、体重、人种等因素的影响[5-8]。Zhuang等[6]采用Person相关分析研究性别、身高、体质指数与胸腰椎椎弓根解剖参数的相关性，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，但与体质指数无明显相关性；Amo-noo-Kuofi等[7]的研究结果亦表明，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。杨晓凯[8]研究汉族和维吾尔族男性胸腰段椎弓根解剖学参数有显著差异。腰椎椎弓根解剖参数与其相关因素的关系目前尚不完全明了，不同学者、不同研究方法得到的结论也不尽相同。本研究结果显示，中国汉族成年人性别、身高是影响腰椎椎弓根形态学参数的重要因素，年龄、BMI与腰椎椎弓根形态学参数无显著相关性，提示在椎弓根置钉时应考虑性别、身高的影响。

此外，本研究仅测量了部分形态学参数，测量与阅片可能存在误差。对其它形态学参数（如椎弓根间距、椎弓根内外倾角等）相关因素的相关性还有待进一步研究。

4 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；L1～L3上应以POW来选择螺钉直径，L4、L5以POH来选择螺钉直径,螺钉直径的选择可术前采用个体化3D-CT测量作为数据支持，对提高手术安全性具有重要临床意义。