下颈椎前路椎弓根皮质骨螺钉的解剖学研究

彭鹏，黄刚，朱美松，李鉴轶

1.南方医科大学中西医结合医院骨伤科，广州 510315；2.南昌大学第一附属医院骨科，南昌 330006；3.南方医科大学第三附属医院医学实验中心，广州 510630；4.南方医科大学人体解剖学教研室，广东省医学生物力学重点实验室，广州 510515

近年来，Koller[1]提出了下颈椎前路椎弓根螺钉内固定（anterior transpedicular screw fixation，ATPS）的概念，在保留颈椎前路松解彻底优势的同时，又能达到后路经椎弓根坚强固定的效果。然而，目前研究经前路椎弓根螺钉技术的进钉轨迹几乎是选择椎弓根中轴线[2]，此时螺钉主要咬合的是松质骨和小部分皮质骨，对于一些严重骨质疏松患者会出现螺钉松动和螺钉拔出等问题[3]，从而达不到较好的生物力学固定性能。

针对骨质疏松病人椎弓根螺钉固定术后出现螺钉松动等问题，Santoni等[4]提出经皮质骨通道(cortical bone trajectory，CBT)椎弓根螺钉内固定技术。它改变了传统椎弓根螺钉利用椎弓根中轴作为通道的方法，使螺纹接触更多的皮质骨。Ueno等[5]通过尸体标本生物力学研究表明腰椎皮质骨螺钉的抗拔出力明显高于传统椎弓根螺钉。Matsukawa等[6]通过临床研究也发现皮质骨螺钉把持力是传统钉道1.7倍。皮质骨钉道的良好内固定效果使之较传统钉道更适用于骨质疏松患者，并已开展多例皮质骨螺钉内固定技术用于胸椎和骶椎患者的临床研究。基于此，我们设想在下颈椎前路椎弓根置钉中，改变采用传统椎弓根中轴为通道方法，设计贴合椎弓根内侧皮质骨置钉轨迹，以期达到更坚强固定效果。因此，本研究旨在测量正常成年国人下颈椎椎体解剖学特征，探索前路椎弓根皮质骨螺钉置入的可行性及置钉规律。

1 材料和方法

1.1 材料

随机抽取80例成人颈椎CT 数据（南方医科大学中西医结合医院影像科提供，排除骨折、畸形、肿瘤及明显退变者），男40例，女40例，年龄19～78 岁，平均43.6 岁。

1.2 测量指标

1.2.1 下颈椎椎体解剖学参数测量 将CT 数据导入MIMICS 软件，在骨窗图像上对C3至C75 个节段的左右两侧椎弓根高度、宽度以及内侧皮质骨厚度解剖参数分别进行测量，具体参数有：l/rOPW（左/右侧椎弓根中段宽度）；l/rOPH（左/右侧椎弓根中段高度）；l/rMCT（左/右侧椎弓根内侧皮质骨厚度）,（见图1）。

图1 下颈椎椎体解剖学参数测量A:椎弓根宽度（OPW）,椎弓根内侧皮质骨厚度（MCT）B:椎弓根高度（OPH）Fig.1 The anatomical parameters measurement of the lower cervical pedicleA: outer pedicle width (OPW) and medial cortical shell thickness (MCT); B: outer pedicle height (OPH)

1.2.2 下颈椎前路椎弓根皮质骨螺钉轨迹参数测量计算穿过椎弓根中心的同轴线（矢状面、冠状面和横截面），设计一直径3.5 mm 螺钉放置同轴线上。为了不改变医生以往对于进钉点的选择习惯，我们将椎弓根同轴线在椎体前壁投影点设定为皮质骨螺钉的进钉点。固定进钉点后，在横截面上移动螺钉使螺纹贴合椎弓根内侧皮质骨，矢状面保持不变，皮质骨螺钉通道设计完成。

测量皮质骨螺钉通道的各项置钉参数：l/rPSL（左/右侧椎弓根皮质骨螺钉最大进钉全长）；l/rtPA（左/右侧椎弓根皮质骨螺钉中轴线与椎体正中矢状面之间的夹角）；l/rsPA（左/右侧椎弓根皮质骨螺钉中轴线与椎体前壁平面之间的夹角）；Dl/rsIP（左/右侧椎弓根皮质骨螺钉中轴线在椎体前壁投影与上终板平面之间的距离）；Dl/rtIP（左/右侧椎弓根皮质骨螺钉中轴线在椎体前壁投影与正中矢状面之间的距离）。其中：当进钉点位于椎体正中矢状面受术椎弓根同侧时，DtIP 记为正值，反之，DtIP 记为负值。（见图2）。

图2 下颈椎前路椎弓根皮质骨螺钉轨迹参数测量A: 左侧椎弓根皮质骨螺钉中轴线在椎体前壁投影与正中矢状面之间的距离（DltIP），左侧椎弓根皮质骨螺钉中轴线与椎体正中矢状面之间的夹角（ltPA），左侧椎弓根皮质骨螺钉最大进钉全长（lPSL）B:左侧椎弓根皮质骨螺钉中轴线在椎体前壁投影与上终板平面之间的距离（DlsIP），左侧椎弓根皮质骨螺钉中轴线与椎体前壁平面之间的夹角（lsPA）Fig.2 The parameter measurement of the cortical bone trajectory for anterior cervical transpedicular screw fixationA: Distance between the projection of the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and the median sagittal plane (DltIP);angle between the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and the midsagittal plane (ltPA);maximum left pedicle screw length (lPSL); B: Distance between the projection of the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and upper end plate (DlsIP);angle between the central axis of the left pedicle cortical bone screw of the vertebral body and the plane of anterior wall (lsPA)

1.3 统计学分析

数据运用SPSS 20.0 软件进行统计学分析。所得数据用()表示。同一椎体左右两侧比较采用配对t检验，各指标男性和女性比较采用两独立样本t检验，不同椎体间同一指标采用单因素方差分析（oneway ANOVA），P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 下颈椎椎体解剖学测量结果

各指标测量数据（表1）。各节段的OPH 和OPW在性别上有显著性差异（P＜0.05），男性均大于女性，MCT 在性别上无显著性差异（P＞0.05）。各节段的OPH 和MCT 在左右两侧上有显著性差异（P＜0.05），OPH 右侧大于左侧，MCT 左侧大于右侧，OPW 在左右两侧上无显著性差异（P＞0.05）。不同节段方差分析如下OPW：C3、C4＜C5、C6＜C7；OPH：C3＜C5、C6＜C4、C7；MCT：C3、C4、C5＜C6＜C7。

表1 OPW、OPH、MCT 参数测量结果Tab.1 Measurements results of OPW,OPH and MCT(mm)

2.2 置钉参数

统计DtIP、DsIP、TPA、SPA、PSL 测量数据（表2、3），据此得出下颈椎前路皮质骨螺钉置钉参数：C3、C4进钉点位于椎体正中矢状面椎弓根的对侧1.0～3.0 mm，距椎体上终板平面1.0～3.5 mm；C5进钉点位于椎体正中矢状面椎弓根同侧或对侧1.0～2.0 mm，距椎体上终板平面3.0～4.0 mm；C6、C7进钉点位于椎体正中矢状面椎弓根的同侧2.0～4.5 mm，距椎体上终板平面4.5～7.0 mm。C3～C7的总体内倾角平均值分别是：39.13°、41.00°、40.91°、37.28°、31.84°，总体矢状角是：90.85°、97.23°、108.97°、111.60°、104.83°。螺钉的进钉长度可选择30 mm、32 mm 较为适宜。

表2 PSL、DtIP、DsIP 参数测量结果Tab.2 Measurements results of PSL,DtIP and DsIP(mm)

表3 TPA、SPA 参数测量结果Tab.3 Measurements results of TPA and SPA(°)

3 讨论

3.1 成人颈椎C3～C7椎弓根解剖学特点

近年来，关于椎弓根螺钉内固定的研究逐渐增多。颈椎是经椎弓根内固定难度较大的节段，主要原因是其特殊的解剖结构以及毗邻椎动脉、脊髓等重要结构。因此，国内外学者对颈椎的解剖学形态进行了一系列研究。本研究对80例成人颈椎CT 图像进行了测量，共测量了800 个椎弓根参数，并与之前的研究做比较（表4）。椎弓根宽度直接决定了螺钉直径的选择。本实验研究测得，椎弓根宽度从C3到C7呈逐渐增大趋势，椎弓根平均值最小在C3，为5.30 mm，椎弓根宽度大于4.5 mm 者为747 个（93.4%）。从测量结果可以认为：绝大部分下颈椎椎弓根置入3.5 mm直径螺钉是安全的。在颈椎各个节段中，椎弓根高度明显大于椎弓根宽度，测量的椎弓根高度随节段变化规律与Panjabi等[7]测量结果相近。

表4 与既往研究所测椎弓根宽度和高度的比较Tab.4 Comparative study of outer pedicle width (OPW) and outer pedicle height (OPH) from C3 to C7（mm）

3.2 下颈椎前路椎弓根螺钉传统置钉方法

自2008年Aramomi等[12]首次应用下颈椎前路椎弓根螺钉内固定系统以来，已有诸多研究报导了其置钉轨迹。Koller等[13]通过测量病人颈椎CT 数据，推荐进钉轨迹在横截面角度为50°，在导针确定钉道之后，用2.5mm 直径空心钻钻孔，最后拧入3.5 mm 直径螺钉。随后，Yukawa等[14]提出在C3～C6，进钉轨迹与矢状面呈45°夹角，在C7呈40°夹角，进钉点距上终板约2 mm。用直径1.4 mm 导针确定钉道，再使用直径为4 mm，长度为30～34 mm 的空心螺钉进行固定。Zhao等[15]将椎体在水平面和矢状面分别分成四个区，通过对50例成人颈椎CT 图像进行测量，得出最佳进钉点为：椎体水平面上，C3～C5在第2 区，C6在第2、3 区，C7绝大数在第3 区；矢状面上，C3～C5在第1 区，C6在第1、2 区，C7绝大数在第2 区。矢状面进钉角度和Yukawa等[26]测量结果相似，并建议C6节段为40°。徐荣明等[11]认为：下颈椎前路椎弓根螺钉的理想进钉点位于距上终板5 mm 左右，椎体前正中线附近。横切面角度约为45.7°～52.1°，矢状面角度约为93.4°～112.1°，螺钉长度约为32 mm。李瑞峰等[16]测得: C3、C4进针点位于椎体正中矢状面受术椎弓根的对侧2～3 mm，距椎体上终板平面1～4 mm；C5进针点位于椎体正中矢状面受术椎弓根的同侧或对侧1～2 mm，距椎体上终板平面4～5 mm;C6、C7进针点位于椎体正中矢状面受术椎弓根的同侧3～5 mm，距椎体上终板平面5～8 mm。椎弓根中轴外倾角平均分别为C3：48°，C4：48°，C5：40°，C6：34°，C7：31°。

3.3 理想皮质骨螺钉置钉参数

下颈椎椎弓根螺钉内固定关键在于确定进钉参数，即进钉点的定位、进钉方向以及螺钉长度与直径。为了不改变医生以往对于进钉点的选择习惯，我们将传统椎弓根中轴线在椎体前壁投影点设定为皮质骨螺钉的进钉点。皮质骨螺钉进钉点由DtIP 和DsIP 共同决定。通过测量得出，C3、C4的进钉点位于椎体正中矢状面椎弓根的对侧约1.0～3.0 mm，距椎体上终板平面约1.0～3.5 mm；C5进钉点位于椎体矢状面椎弓根同侧或对侧约1.0～2.0 mm，距椎体上终板平面约3.0～4.5 mm；C6、C7进钉点位于椎体正中矢状面椎弓根的同侧约2.0～4.5 mm，距椎体上终板平面约4.5～7.0 mm。

相较于腰椎CBT 钉道轨迹在椎弓根水平面由内向外的方向，我们设计的颈椎皮质骨螺钉轨迹是靠近椎弓根内侧。颈椎椎弓根外侧壁临近椎动脉等重要结构，且有文献报道椎弓根置钉外侧穿孔率明显高于内侧[17]。同时，椎孔中的硬膜囊距离椎弓根内侧壁有2.4～3.1 mm 的安全距离[18]。因此，我们设计椎弓根皮质骨螺钉是往内侧偏移。同时本研究测量椎弓根内侧皮质骨厚度为1.68～1.84 mm，让3.5 mm 直径螺钉的螺纹充分咬合椎弓根内侧皮质骨，能使其咬合皮质骨宽度达到直径的一半，从而增强螺钉把持效果。我们测量的皮质骨钉道平均内倾角在C3～C7分别是：39.13°、41.00°、40.91°、37.28°、31.84°，此时钉道在横切面的内倾角是最小的极限值，也可作为安全进钉角度范围的参考。矢状面角度C3～C7 为：总体矢状角是：90.85°、97.23°、108.97°、111.60°、104.83°。测量进钉全长C3～C7节段的均值为：31.37～32.33 mm，与传统中轴钉道在数值上差别不大。

本研究应用数字化技术探讨了一种新的下颈椎前路椎弓根皮质骨螺钉内固定技术，通过测量证实此技术是可行的,并总结出置钉规律。目前尚处于初步研究阶段，还需要更多的实验和临床研究来进一步验证。