腰椎经皮椎弓钉皮质轨迹置入的影像解剖测量

徐伟杰，朱云鹏，王洪伟，项良碧*

（1.锦州医科大学北部战区总医院研究生培养基地，辽宁沈阳 110016；2.中国医科大学北部战区总医院研究生培养基地，辽宁沈阳，110016；3.北部战区总医院骨科，辽宁沈阳 110016）

随着老年患者骨质疏松症的发病率逐渐增加，老年患者脊柱手术的数量也随之增加[1]。传统椎弓根螺钉（traditional pedicle screw,TPS）固定已成为一种常规的脊柱融合内固定技术，被广泛应用于治疗腰椎退行性变、骨折、肿瘤及畸形等疾病并取得了不错的临床治疗效果[2]，但传统TPS固定方法会出现各种并发症（如螺钉松动、脱出等），在骨质疏松和老年患者中尤甚[3～6]。为了获得更好的脊柱内固定效果，Santoni等[7]提出了椎弓根皮质骨螺钉技术（cortical bone trajectory,CBT），螺钉轨迹在矢状面上由尾侧向颅侧，横断面上由内侧向外侧，增加了螺钉与皮质骨的接触面积，极大提高了螺钉的固定强度。但是传统CBT螺钉技术在置钉过程中需要充分剥离棘突两侧椎旁肌[7，8]，容易导致术后椎旁肌萎缩和去神经化等[9，10]。而经皮椎弓根螺钉（percutaneous pedicle screw,PPS）技术侵入性小且不会损伤椎旁肌[11]，为降低CBT螺钉技术并发症，将PPS技术引入到CBT螺钉技术中。本研究通过患者三维CT影像资料，研究正常中老年人腰椎经皮CBT螺钉置入轨迹的影像学参数及经皮置钉的可行性，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 纳入与排除标准

纳入标准：（1）年龄≥50岁；（2）腰椎影像资料正常；（3）既往无腰椎病史。

排除标准：（1）腰椎畸形；（2）骨质破坏；（3）椎体肿瘤；（4）有腰椎既往手术史者。

1.2 一般资料

回顾性分析2015年11月—2015年12月于本院行腰椎三维CT扫描患者的影像资料，共50例患者符合纳入标准，纳入本研究。男20例，女30例，平均年龄（59.34±5.87）岁。测量患者腰椎三维CT资料并导入Aquarius iNtuition Viewer V4.4.6软件，测量各节段皮质骨螺钉置钉横断面与矢状面的进钉角度、安全范围、钉道直径及长度、螺钉轨迹皮肤进钉点至椎体上终板的距离和进钉点至棘突轴线的距离。该研究获得本院医学伦理委员会批准，且患者均知情同意。

1.3 影像测量方法

应用Aquarius iNtuition Viewer V4.4.6软件测量患者L1～L5各节段的单侧解剖学参数。选择腰椎CBT螺钉的进钉点位于上关节突中心垂直线与同侧横突下缘下1 mm水平线的交点处，并将其投影标注于矢状面和横断面的腰椎各节段上[12]。

测量腰椎各节段CBT螺钉的置钉横断面与矢状面进钉角度、安全范围、钉道直径及长度[12～14]，螺钉轨迹皮肤进钉点至椎体上终板的距离和至棘突轴线的距离。

经皮置钉进钉点体表定位参数的测量矢状面上螺钉延长线与腰背部皮肤交点（P），椎体上终板延长线与腰背部皮肤交点（S），测量点P、S的距离即为螺钉轨迹皮肤进钉点至椎体上终板的垂直距离，横断面上过上述理想钉道作直线与腰背部皮肤交点为点M，过点M作棘突中线的垂线，所得线段长度即为螺钉轨迹皮肤进钉点至棘突中线的垂直距离（图1e,1f）。最后通过与椎体上终板及棘突中线的距离确定经皮CBT螺钉的体表定位点。

图1 腰椎经皮椎弓钉皮质轨迹置入的影像解剖测量 1a～1d:通过调节CT图像获得螺钉实际轨迹平面 1e:横断面上螺钉轨迹皮肤进钉点参数的测量 1f:矢状面上螺钉轨迹皮肤进钉点参数的测量 1g:横断面上螺钉影像学参数的测量 1h:矢状面上螺钉影像学参数的测量

横断面测量：通过上述软件在横断面上标注进钉点（A），作椎弓根内、外侧骨质最凹陷点(点C、D)的连线，于A点作过CD连线中点并止于椎体外侧骨皮质或上终板的线段（理想钉道），该线段的长度即为钉道实际长度。该线段与棘突中线的夹角即为横断面上钉道的理想外偏角。作射线AC、AD，两射线与棘突中线的夹角即为钉道外偏角度的安全范围。于点C、D向上述理想钉道作垂线，所得两垂线长度和即为横断面钉道直径（图1g）。

矢状面测量：矢状面于进钉点（A）过椎弓根上下骨质最凹陷点E、F的连线中点引线段至椎体外缘骨皮质或上终板，该线段即为矢状面上螺钉理想钉道。上述理想钉道与椎体上终板所在平面的夹角即为矢状面上钉道理想头倾角。作射线AE、AF，两射线与椎体上终板所在平面的夹角即为钉道头倾角度的安全范围。分别于点E、F向上述理想钉道作垂线，所得两垂线长度和即为矢状面钉道直径（图 1h）。

1.4 统计学方法

应用SPSS 26.0统计学软件分析数据，计量数据以±s表示，资料呈正态分布时，两组间比较采用独立样本t检验，组内平面间比较采用单因素方差分析；资料呈非正态分布时，采用秩和检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 进钉点

各节段螺钉体表进钉点的测量结果如表1所示。L1～L5各节段螺钉体表定位点至椎体上终板的距离差异无统计学意义（P＞0.05）。L1～L5各节段螺钉体表进钉点至棘突中线的距离呈逐渐增大趋势，差异有统计学意义（P＜0.05）。男性和女性各节段螺钉体表进钉点的性别差异无统计学意义（P＞0.05）。

表1 进钉点参数测量结果（±s）与比较

表1 进钉点参数测量结果（±s）与比较

L 2 L 3 L 4 L 5 P值3 4.9 1±3.4 2 3 7.7 9±4.2 5 3 6.4 8±4.2 9 3 6.3 3±4.1 6 0.0 5 3 3 5.6 3±4.1 5 3 6.6 9±4.5 5 3 5.7 0±4.1 6 3 6.3 5±4.0 9 0.8 2 8 0.5 2 5 0.3 9 5 0.5 2 5 0.9 8 6距棘突中线距离（m m）L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 P值6.9 7±1.7 0 7.1 8±2.0 1 7.5 6±1.6 7 8.0 2±2.0 3 8.9 7±2.0 9 0.0 1 1 6.4 3±2.0 1 6.7 9±2.1 4 6.8 8±2.3 4 7.4 5±2.6 5 8.8 5±2.1 0＜0.0 0 1 0.3 3 3 0.5 2 9 0.2 7 0 0.4 2 0 0.8 4 2

2.2 横断面测量

横断面测量结果如表2所示。L1～L5各节段的钉道直径逐渐增大，差异具有统计学意义（P＜0.05），L1、L2钉道直径女性明显小于男性，差异具有统计学意义 （P＜0.05），其他节段无性别差异 （P＞0.05）。L1～L5各节段的钉道实际长度之间差异有统计学意义，其中L4钉道实际长度最长（P＜0.05）。男性各节段钉道实际长度大于女性，差异有统计学意义（P＜0.05）。腰椎各节段钉道理想外偏角较一致，差异无统计学意义（P＞0.05），男性和女性各节段钉道理想外偏角差异无统计学意义（P＞0.05）。腰椎各节段钉道外偏最小角度差异无统计学意义（P＞0.05）。腰椎各节段最大外偏角差异有统计学意义，其中L5较大（P＜0.05），L3女性最大外偏角显著大于男性（P＜0.05），其他节段性别之间差异无统计学意义（P＞0.05）。

表2 横断面影像测量结果（±s）与比较

表2 横断面影像测量结果（±s）与比较

男性（n=2 0）女性（n=3 0）P值指标螺钉直径（m m 0 1 1 L 2 L 3 L 4 L 5 P值6.3 8±1.1 1 6.8 4±1.0 9 7.8 2±1.3 6 9.9 0±1.0 6＜0.0 0 1 5.7 2±1.0 6 6.4 0±1.1 7 7.5 6±1.3 7 9.3 2±1.1 5＜0.0 0 1 0.0 4 2 0.1 8 7 0.5 2 6 0.0 8 2螺钉长度（m m）L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 P值3 8.5 3±3.3 1 4 0.5 3±2.9 3 4 0.6 7±2.6 8 4 1.1 9±2.2 5 3 9.2 2±2.4 2 0.0 1 5 3 6.1 9±3.3 2 3 7.3 7±3.3 1 3 8.2 2±2.9 7 3 8.9 9±2.7 2 3 7.5 0±2.8 9 0.0 1 0 0.0 1 8 0.0 0 1 0.0 0 5 0.0 0 4 0.0 3 3外偏角（°）L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 P值9.4 7±1.7 7 9.8 9±1.1 6 9.0 1±1.3 3 8.6 8±1.4 5 9.0 7±1.4 1 0.0 8 8 9.3 9±2.0 8 9.4 4±1.6 5 9.2 7±1.9 9 9.5 0±1.9 0 8.5 8±2.0 5 0.3 4 4 0.8 8 6 0.2 9 6 0.6 1 1 0.1 1 0 0.3 5 3最小角度（°）L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 P值2.7 9±1.2 7 3.0 6±1.5 9 3.0 1±1.5 0 2.6 7±1.1 1 3.2 6±1.1 7 0.6 5 9 2.6 8±0.9 0 3.0 1±1.3 9 3.5 6±1.3 2 3.3 3±1.4 4 3.3 9±1.2 7 0.0 7 2 0.7 3 9 0.9 0 4 0.1 8 4 0.0 8 7 0.7 2 8最大角度（°）L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 P值2 4.9 0±2.8 2 2 6.3 4±3.1 4 2 4.7 8±3.3 4 2 5.3 2±2.9 6 2 9.0 4±3.1 2＜0.0 0 1 2 3.1 9±3.2 7 2 4.3 4±3.6 2 2 7.7 7±3.5 1 2 7.1 5±3.7 1 2 8.8 8±3.3 4＜0.0 0 1 0.0 6 2 0.0 4 9 0.0 0 4 0.0 7 1 0.8 6 6

2.3 矢状面测量

矢状面测量结果如表3所示。男性和女性L1～L5各节段钉道直径均逐渐减小，差异具有统计学意义（P＜0.05），L1、L2节段钉道直径大于 L4、L5节段，差异有统计学意义（P＜0.05），腰椎各节段钉道直径性别之间差异无统计学意义（P＞0.05）。L1～L5各节段钉道理想头倾角差异均无统计学意义（P＞0.05），各节段钉道理想头倾角性别差异无统计学意义（P＞0.05）。L1～L5各节段钉道头倾置钉的最小角度及最大角度差异均无统计学意义（P＞0.05），且各节段性别差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表3 矢状面影像测量结果（±s）与比较

表3 矢状面影像测量结果（±s）与比较

L 2 L 3 L 4 L 5 P值9.8 9±1.0 8 9.3 0±1.1 9 8.5 4±1.0 0 7.6 5±1.4 5＜0.0 0 1 9.4 5±1.0 2 9.3 5±1.2 0 8.7 4±1.3 2 7.4 9±1.2 6＜0.0 0 1 0.1 5 6 0.8 8 2 0.5 5 7 0.6 7 8最佳头倾角（°）L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 P值2 2.6 8±3.9 9 2 2.6 3±3.5 3 2 3.3 0±3.5 0 2 3.5 6±3.7 6 2 3.1 8±3.9 3 0.9 2 0 2 4.5 1±4.2 8 2 3.8 3±4.4 5 2 3.8 4±3.6 1 2 3.8 7±3.7 4 2 3.4 5±4.3 3 0.9 0 1 0.1 3 4 0.3 1 8 0.6 0 4 0.7 7 1 0.8 2 7最小角度（°）L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 P值1 5.2 0±2.7 6 1 5.7 7±2.8 3 1 6.0 5±3.0 4 1 6.4 8±2.8 7 1 5.9 0±2.4 9 0.7 0 5 1 6.6 0±2.6 7 1 6.6 9±2.1 7 1 5.4 6±2.3 4 1 5.9 7±2.1 0 1 6.5 4±2.3 9 0.2 0 6 0.0 8 1 0.2 0 1 0.4 4 6 0.4 7 5 0.3 6 9最大角度（°）L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 P值3 6.3 4±3.3 2 3 7.1 9±2.7 0 3 7.7 2±3.4 0 3 7.6 1±4.0 4 3 6.4 2±3.3 3 0.5 7 2 3 6.5 2±3.2 0 3 6.8 7±2.9 7 3 6.3 2±3.4 6 3 7.4 4±2.9 6 3 6.2 8±3.4 5 0.6 1 6 0.8 5 0 0.7 0 1 0.1 6 5 0.8 6 0 0.8 8 6

3 讨论

CBT螺钉固定技术是一种新颖的椎弓根螺钉置入技术，螺钉在矢状面上由尾侧向头侧，横断面上由内侧向外侧，以实现通过椎弓根到椎体的最大皮质骨接触，与TPS相比，具有更好的抗轴向拔出力和力学稳定性[7，15～17]。因此，CBT 螺钉固定技术在维持术后脊柱的稳定性方面能够发挥重大作用，特别是对于合并骨质疏松或者骨量减少的腰椎退变性疾病的中老年患者而言具有重要的临床意义。研究结果显示，与TPS固定技术相比，CBT螺钉固定技术在腰椎融合术中能够提供相似的临床效果和椎间融合率，然而CBT螺钉固定技术具有创伤小、术中失血量少、住院时间更短的优势[18～25]。由于CBT螺钉固定技术具有切口小、螺钉把持力强、血管及神经损伤风险小等优点，从而受到了临床医生的广泛研究和推广，国内外大量的基础和临床研究证明该技术对于合并骨质疏松的腰椎疾病患者而言，具有更加理想的脊柱固定效果。

本研究结果显示从L1～5螺钉轨迹皮肤进钉点至椎体上终板的垂直距离约为34.87～36.97 mm，差异无统计学意义（P＞0.05），螺钉轨迹皮肤进钉点至棘突中线的垂直距离L1～5逐渐增大，其中L4、5节段大于L1节段，差异有统计学意义（P＜0.05）。传统CBT螺钉固定技术在置钉过程中，即使没有其他操作步骤（如减压等），也需要剥离棘突两侧椎旁肌才能置入螺钉，导致术中出血量增加、术后恢复时间较长。与传统的开放式手术相比，微创TLIF术已被证明可有效减少腰椎椎间融合手术的医源性损伤[14]。通过经皮置入CBT螺钉技术，可以减少软组织损伤，达到手术微创效果。目前还没有关于经皮CBT螺钉的影像解剖学研究的报道。

本研究结果显示，CBT螺钉轨迹的头倾角和外偏角在腰椎各节段之间的差异均无统计学意义。Matsukawa 等[12]的研究结果表明 L1～5节段的螺钉轨迹理想头倾角范围为25.5°～26.2°，理想外偏角大约在9°左右，各节段螺钉进钉角度差异无统计学意义。Zhang等[13]的测量结果显示腰椎理想头倾角范围为22°～26°，理想外偏角范围为 9°～15°。陈文杰等[14]的测量结果也显示腰椎各节段螺钉理想头倾角与外偏角之间的差异无显著性。本研究测量结果显示头倾角及外偏角与上述研究结果相似，腰椎各节段钉道理想头倾角为25.31°，理想外偏角为9.17°。在置钉过程中以各节段横断面和矢状面测量直径的较小值作为参考直径，各节段钉道直径阈值L1～5分别为5.58、5.98、6.58、7.66、7.55 mm，L4、5节段钉道直径较 L1、2大，差异有统计学意义（P＞0.05）。钉道实际长度从L1～5分别为 37.13、38.49、39.08、39.65、38.33 mm，其中L3、4节段钉道实际长度大于L1节段，差异有统计学意义（P＜0.05）。男性各节段钉道实际长度大于女性，差异有统计学意义（P＜0.05）。国外研究结果显示基于三维CT测量的腰椎CBT螺钉直径为6.2～8.4 mm，长度为36.8～38.3 mm[12]。国内研究结果显示腰椎 CBT螺钉直径为5.5～8.0 mm，长度为 37.5～40.0 mm[14]。腰椎各节段的CBT螺钉直径和长度差异可能与不同人群腰椎椎体和椎弓根的大小有关。

本研究尚有一定的局限性，没有实际应用于临床，还需要进一步的基础与临床证据。通过术前患者三维CT影像资料分析腰椎经皮CBT螺钉置入轨迹的影像解剖学参数及探讨经皮置钉的可行性，对经皮CBT螺钉的后续进一步研究具有重要的临床意义。