中国东北地区人群腰部节段椎间盘形态学参数CT三维测量及应用

潘承良，白 芃，韩 青，程凯亮，李幼琼，王金成

(1.吉林大学第二医院 骨科，吉林 长春130041；2.吉林大学基础医学院 人体解剖学教研室；3.吉林大学中日联谊医院 放射线科；4.山西医科大学汾阳学院 解剖教研室)

腰椎间盘突出症作为临床骨科常见疾病之一，在我国发病率高达15%左右。外科手术治疗椎间盘突出[1]主要有椎间盘切除后行腰椎内固定融合术和人工间盘置换术。有研究表明[2]人工间盘置换术的术后康复效果要比椎骨间融合术好，而且复发率相对较低。我国临床使用的人工椎间盘多由国外厂家提供，考虑到人种和地域等导致的形态学差异，临床应用术后证实易产生匹配不良和松动等并发症而影响治疗效果[3-6]。本研究在总结国内外相关文献报道的基础上规范测量标准、加大样本统计量、结合临床实际应用提出新的测量指标并对比国内外研究数据，为中国人人工椎间盘的设计制造奠定形态学基础。

1 资料与方法

1.1 研究样本

吉林大学中日联谊医院影像科随机抽取无肉眼可见器质性病变的T12下到S1上腰部节段的CT图像，图像筛选需要符合以下几点：①脊柱生理曲度，无畸形和侧弯，②椎骨形态正常，无椎间盘突出。③年龄在20-70岁。最终纳入90例样本，其中男、女性各45例，男女两组样本间年龄无显著差异(P>0.05)。

1.2 主要仪器设备

使用Aquilion One 320螺旋CT扫面仪(东芝公司，日本)， 扫描电压120 kV，电流300 mV，窗宽1500 HU，窗位 500 HU，层厚0.5 mm，轴位连续扫描，所获影像在CT工作站(Advantage Workstation 4.5,美国通用公司)上重建二维图像。

1.3 测量方法

吉林大学中日联谊医院影像科工作站的测量系统，在T12 -S1 六个节段，取平行于椎骨上下面并与之相切的CT图像，测量椎骨上、下表面的左右径、前后径。再取正中矢状面CT图像，测量上、下椎骨表面的弦高 、椎间隙的前高、中高、后高和椎间隙的角度，高度含终板软骨。各参数的测量方法描述如下。

1.3.1测量椎骨上、下表面的前后径(椎骨正中矢状面的前后径线) 、左右径(过前后径连线中点的左右径线)。

1.3.2测量相应椎骨上、下表面的弦高。弦高即椎骨表面最凹点与椎骨上、下表面纵向切线的垂直距离。

1.3.3连接相邻椎体前缘最凸点和椎体后缘最凸点构成的上下线段为椎间隙的前、后高；分别取前高、后高中点连线的中点，过该中点的垂线即为椎间隙的中高。

1.3.4椎间隙夹角 正中矢状位连接相邻上、下椎骨表面的切线向背侧延长，两条线在背侧交汇构成的锐角。

1.4 统计方法

用SPSS数据处理软件对测量数据进行统计与分析。对年龄、性别、节段3个因素分别行组间单因素方差分析，P<0.05为差异有显著性意义。

2 结果

2.1 椎骨表面前后径的测量结果

随着年龄增长椎骨前后径有增长趋势但并不明显(P>0.05)，腰椎节段T12-L5由上到下也呈现递增趋势(P<0.05)，而L5/S1节段又有所下降(P<0.05)。椎骨表面前后径参数男性大于女性且有显著差异(P<0.05) 。见表1。

表1 上下椎骨表面前后径测量结果(mm)

2.2 椎骨表面左右径的测量结果

椎骨左右径随着年龄增长有增长趋势但并不明显(P>0.05)，腰椎节段T12-L5的测量结果由上到下也呈现递增趋势(P<0.05)，而L5/S1节段又有所下降(P<0.05)。各节段椎骨表面的左右径参数中，男性大于女性且差异显著(P<0.05)。见表2。

2.3 椎骨表面弦高的测量结果

椎骨的表面并非平面，而是存在一定的弧度的，且表现为向椎体方向凹陷，女性与男性的椎骨表面凹陷程度存在显著的差异(P<0.05)。见表3。

表2 上下椎骨表面左右径测量结果(mm)

表3 上下椎骨表面弦高测量结果(mm)

2.4 椎间隙前高、中高、后高的测量结果

测量自T12/L1到L4/L5不同节段椎间隙的前高、中高、后高均有自上到下的递增趋势(P<0.05)，而L5/S1节段的前高较上面节段有所增长(P<0.05)，但是其中高与L4L5节段中高无显著性差异(P>0.05)，且后高较上面5个节段有明显减小(P<0.05)。男性不同节段的椎间隙前高、中高、后高参数大于女性的各项参数，且二者差异显著(P<0.05)。见表4。

表4 椎间隙前高、中高、后高测量结果(mm)

2.5 椎骨间椎间角的测量结果

测量自T12到S1不同节段的椎间隙夹角的大小呈现出相邻下位节段大于上位节段的递增趋势(P<0.05)。且比较不同节段的椎骨间椎间角参数，可见男性大于女性且具有显著性差异(P<0.05)。见表5。

表5 椎骨间椎间角的测量结果

2.6 中外腰椎终板及椎间隙部分形态学参数对比

根据表6、图1及图2的对比结果显示，中国东北地区人腰部节段终板的前后径和左右径的测量参数与欧洲人种和美洲人种均具有差异；椎间隙的前高、中高、后高的测量参数与美洲人种的测量参数也具有一定的差异。

表6 不同国家地区人群腰椎终板形态学参数及椎间隙部分参数测量结果(mm)

图1 国内外人腰椎终板前后径对比

图2 国内外人腰椎终板左右径对比

3 讨论

研究[2]表明：腰椎人工间盘置换术术后的复发率要比腰椎内固定融合术低，而康复效果更好。然而使用国外人工椎间盘也存在着如形态不匹配而导致过度磨损、应力改变、假体松动和活动受限等不良后果发生，我国目前仍在使用国外标准的人工间盘，其形态的不匹配与型号对应性差为我国人工间盘置入的患者带来了诸多术后问题，而且能够契合中国人腰椎间盘形态的人工假体现在仍然匮乏。

在总结既往相关文献的基础上，发现虽然测量参数指标名称相同，但在实际操作测量上并不规范，因此测量数值和统计分析结果会出现偏差，这必将影响未来统计分析结果进而影响精准制造。本文结合解剖学和影像学的形态特点，参考国外原始文献[7，8]，重新规范了测量指标的定义和区间，并结合临床实际术后出现的并发症，提出了新的测量指标，如弦高等，以期为未来假体制造提供新的形态学设计方案。

3.1 腰椎形态及中外相关文献测量数据对比

本文作者观测，L1-L5之间腰椎高度递增，男性在24.7-28.6 mm之间，女性略小。根据腰椎上下面径线测量结果显示腰椎椎体呈横置椭圆形，形态学参数是高度大于左右径，左右径大于前后径，整体近似于圆柱形，椎骨内部骨小梁呈水平排列(张力性)和垂直排列(压力性)，两者之间数量呈动态平衡，靠近终板处排列趋于密集，而中间排列稀疏，所以终板假体的固定装置要深达椎体高度的一半以上，即1.2 cm左右可视为固定稳定。

L5/S1之间椎骨前后径与左右径与上位椎骨相比变小，且差异显著，主要考虑是由于在S1两侧骶髂关节的存在，可能是由于力传导的因素导致的必然结果。

与Yue Wang等[7]所测量的欧州人种腰椎间盘参数做比较，发现国人腰椎的前后径与左右径均小。与S.AHARINEJAD等[8]所测量的美洲人种椎间盘参数相比较，国人腰椎终板形态学参数在L3以上测量结果相似，国人略大，L3以下国人略小，其中前后径差异较大。(见图1、2) 。椎间隙的前高、中高、后高也有差异。基于上述对比，不同人种之间的确存在形态学差异，因此，设计适合中国人的腰椎间盘假体十分必要。

3.2 T12-L1、L5-S1椎间隙测量意义

根据文献统计和研究组的临床调查，T12-L1也是腰椎间盘突出症的发病节段，中外相关文献报道并未加以考虑。测量结果对比显示，国人T12下终板、L1上终板与其他节段终板之间均有显著性差异(P<0.05)，且T12下终板与L1上终板之间也均有显著性差异(P<0.05)，故其他节段所用的人工间盘假体并不能在T12-L1这一节段适用，该节段若需要替换人工假体时，应使用独立型号的人工椎间假体。L5-S1椎间盘存在腰骶角，测量中显示前高后低明显，在考虑终板假体或通用或可替代的同时，在终板之间“运动枢纽”的设计上，应该给与关注以免术后出现应力改变等问题。

3.3 弦高及其测量意义

根据测量结果显示，椎体的上下表面并非是一个平面，而是具有一定弧度的，且表现为凸向椎体方向凹陷。同时，不同椎骨的上下面的弦高均有显著差异(P<0.05)，因此椎骨上下表面的凹陷程度也将纳入椎间盘设计的考量。由于本测量采用CT扫描成像，故弦高包括终板软骨的高度，软骨能起到运动中减震保护等作用，通常术中软骨下皮质骨应该予以保留，终板软骨也建议保留。

3.4 椎间隙的前高、中高、后高及其测量意义

椎间隙的前高、中高、后高以及椎间隙夹角在不同节段之间也具有显著性差异(P<0.05) 。相同节段总体趋势是前高大于中高，中高大于后高(P<0.05)；由上至下节段之间相同参数比较数值增大(P<0.05)。这说明椎间盘整体形态是前宽后部略窄的椭圆体，假体高度的具体大小应该按照不同节段分别制定，以保证腰部节段的正常生理弯曲。