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图像存储传输系统多维测量在颈椎椎弓根内固定中的个体化应用

           作者：贾卫斗 贾薇薇 杨飞 杨博贵 郑铁钢 许英杰 云得才 王建华

【摘要】  目的：探索利用图像存储传输系统(PACS)多维测量颈椎椎弓根64排CT片指导术中置钉，提高置钉一次成功率的效果。方法：应用PACS结合64排CT片，由5名医师对2 000例正常人颈椎椎弓根的冠状位、矢状位及轴位进行精确测量，得出国人椎弓根的长度、宽度、高度及向内侧倾斜、向头、尾侧倾斜角度的数据值,以指导术中选钉及置钉。颈椎椎弓根内固定术前参考上述内容，对拟固定颈椎椎弓根的283例患者进行多维精确测量，得出椎弓根的上述数据值，其中上颈椎疾患91例，下颈椎疾患192例。术中应用自行研制的颈椎椎弓根定位导向器,准确定位入钉点及角度，置钉1 198枚。结果：257例患者获得8～73个月随访，平均随访时间18.16个月。学海网(www.xuehai.net)上颈椎患者3例螺钉穿破寰椎左侧椎弓根外侧壁，未发现脊髓、椎动脉损伤,未行二次手术，未发现钉板断裂，CT片示螺钉与椎动脉及脊髓位置关系良好。下颈椎患者中，16例患者17枚椎弓根螺钉术后拍片位置不理想，行二次手术调整位置满意，一次成功率98.58%。该组患者采用JOA评分标准，优132例，良102例，可18例，差5 例，优良率91.05%。结论：应用PACS结合64排CT片术前三维精确测量，指导术中置入颈椎椎弓根螺钉，明显提高植钉的一次成功率，是一种可行的方法。

【关键词】  图像存储传输系统;多维;测量;颈椎椎弓根定位导向器;椎弓根;置钉;内固定

　　【ABSTRACT】 Objective：To study applying of the picture archiving communication system(following referred as PACS)in multi??dimensional measurement for 64??slice Helical CT films cervical pedicle,to guide pedicle screws placement in intraoperation and improve the success rate of screw placing.Methods:Applying PACS combining with 64??slice Helical CT films to mersue accurately the cervical pedicle of 2 000 normal peoples in positions of coronal、sagittal and transverse,draw the datas of pedicle length、width and height,acquire the datas of angle to tilt the inside、head and caudal,and guide the selection of screw and set of screws in operation.From October 1999 to January 2009,there were 283 cases who had been putted 1 198 pedicle screw to treat the cervical spine disorders,including 91patients with upper cercical disease,192 patients with lower cervical spine disorders.Reference to the above in preoperation,by multi??dimension,accurately measure the cervical pedicle fixed per patient.The above data values of cerciale pedicle were drawn,self??developed cervical pedicle positioning guider was applied and accurate positioning into the point and angle of screw were got.So the placement screws were 1 198,17 revised success and the success rate 98.58%.Results:After operation,257 patients were followed up for 8～73 months and average follow??up time was 18.16 months.Patients with upper cercical disease,lateral cortical bone of atlas vertebral pedicle was broken in 3 patients,but the spinal cord and vertebral artery were intact.Second operation was not done.CT film showed screws,vertebral artery and spinal cord location of relationship were good.For 16 patients with lower cervical spine patients,X??ray film of 17 pedicle screws after operation showed non??optimal location and underwent secondary surgical adjustment.Appliying JOA score standard,132 cases were excellent,102 cases good,18 cases fair,5 cases poor,and the excellent and good rate was 91.05%.Conclusion:Application of PACS combining with 64??slice CT multi??dimensional accurate measurement in preoperation can guide placement of cervical pedicle screws in intraoperation excellently,and increase the success rate of cervical pedicle screws placement prominently.It is a viable approach worthy of promotion.

　　【KEY WORDS】 The picture archiving communication system,Multi??diamensions,Measurement,Cervical pedicle positioning guider,Cervical pedicle,Set screw,Internal fixation

　　椎弓根是椎骨最坚硬的部位,椎弓根内固定可以达到即刻的三维稳定,手术的关键是螺钉能否准确地经椎弓根到达椎体的理想部位，进钉点、入钉角度的准确判断是椎弓根螺钉技术的核心 [1??3]。本研究旨在利用图像存储传输系统(PACS)结合64排CT片术前多维测量，个性化定位方案设计，指导术中颈椎椎弓根螺钉置钉，探讨其应用效果。我们于术前利用PACS，对283例患者置入1198枚螺钉,行颈椎椎弓根内固定手术，治疗颈椎疾患收到良好临床效果。

　　1 资料与方法

　　1.1 一般资料 1999??10—2009??01月解放军251医院收治的283例需行颈椎椎弓根固定的患者,男196例,女87例;年龄18～63岁,平均38.37岁。上颈椎91例，其中齿状突Ⅱ型骨折44例，齿状突不连25例，横韧带损伤22例，均有寰枢椎不稳或高位颈脊髓的症状与体征。下颈椎192例，其中颈椎骨折脱位131例，颈椎病合并椎管狭窄33例，颈椎黄韧带骨化12例，颈椎后突畸形7例,颈椎神经鞘瘤5例，强直性脊柱炎4例，其中颈椎骨折脱位131例患者的致伤原因:高处坠落伤47例,交通事故伤59例,重物砸伤25例;损伤节段:C3/4骨折脱位9例，C4/5骨折脱位21例,C5/6骨折脱位28例,C6/7骨折伴脱位47例，C5??C7骨折脱位10例,C5??T1骨折脱位9例,C6??T1骨折伴脱位7例,其中关节突交锁114例。全部病例术前均常规行颈椎X线、64排CT和MRI检查以明确诊断。

　　1.2 术前测量 利用PACS测量2 000例正常人的64排CT薄层(层厚为1mm)扫描片及X线片，精确三维测量C1??C7椎弓根在冠状位、矢状位及横断位片的长度、宽度、高度及向内侧倾斜、向头、尾侧倾斜的角度数据，得出国人数据值。参考上述国人数据值，对拟固定颈椎椎弓根的患者进行多维精确测量，指导术中置钉。

　　1.3 寰枢椎及下颈椎CT个性化测量

　　1.3.1 测量进钉点 取包括寰椎前后弓、枢椎及下颈椎椎体、横突孔、椎弓根、椎板及棘突的CT片，利用PACS，通过寰椎前后结节,枢椎及下颈椎椎体及或棘突划一垂直线(A??A′线)，分别划与垂直线平行的椎弓根内缘线(左侧B??B′线，右侧C??C′线)，椎弓根中线(左侧D??D′线，右侧E??E′线)，椎弓根外缘线(左侧F??F′线，右侧G??G′线)，分别测量垂直线与椎弓根内缘线、椎弓根中线、椎弓根外缘线距离(表1、图1)。

　　1.3.2 测量进钉角度 取包括寰椎前后弓、枢椎及下颈椎椎体、横突孔、椎弓根、椎板及棘突的CT片，利用PACS划线，在寰枢椎以气管后缘正中设一点为O点(下颈椎以椎体前缘正中设一点为O点)，通过O点划一垂直线(O??A线)，经左右椎弓根内缘至O点的连线，形成2个锐角(左侧∠AOB、右侧∠AOB′);经左右椎弓根中点至O点连线，形成2个锐角(左侧∠AOC、右侧∠AOC′);经左右椎弓根外缘与O点连线，形成2个锐角(左侧∠AOD、右侧∠AOD′)(表2、图2～3)。

　　1.3.3 测量椎弓根的宽度(W)、高度(H)及长度(L)及矢状位角度(A) 利用PACS在64排CT横断位片上测量椎弓根宽度，在横断位及矢状位片上测量椎弓根高度及角度(表3、图4～6)。表1 颈椎进钉点测量结果表2 颈椎进钉角度测量结果表3 颈椎弓根宽度、高度及长度量结果图6 矢状位，测量颈1??7椎弓根中线与椎体最佳位置夹角(A) 按照上述测量方法，我们对283例患者的颈椎椎弓根利用PACS测量64排CT及X线片，下颈椎椎弓根测量结果表明:C3、C4椎弓根直径最小,C5和C7椎弓根直径最大，这与Reinhold、Panjabi、Ruofu[4??8]等测量结果一致。

　　1.4 手术方法 所有患者均采用气管插管全麻，取头高足低俯卧位，头侧抬高15°，屈颈10°，将头部放置于马蹄形固定架上，保持颈椎稳定，注意眼部不要受压，行颅骨牵引，重量6～8kg。上颈椎疾患91例，后正中切口，显露出寰椎后弓及枢椎的椎板、椎弓根及峡部，于寰椎后弓上部用神经剥离器探查，并行骨膜下分离，向外上方推开软组织，根据术前测量的进钉点及入钉角度，采用自行研制的颈椎椎弓根定位导向器定位后，徒手在后弓用直径2.0mm尖手锥穿破骨皮质，沿椎弓根缓慢钻孔至20～25mm，无异常后扩孔至3.0mm，对侧同样操作。枢椎根据术前测量的进钉点、向内侧及头侧倾斜角度，采用自行研制的颈椎椎弓根定位导向器定位后，沿椎弓根钻孔至25～28mm，无异常后扩孔至3.0mm,对侧同样操作。各钉道置入1枚定位针，C型臂X线机透视观察定位针的位置，寰枢椎拧入直径3.0～3.5mm，长度22～24mm的椎弓根螺钉2枚，枢椎拧入直径3.0～3.5mm，长度26～28mm的椎弓根螺钉2枚，将钛板预弯、固定。以尖嘴咬骨钳将寰椎后弓及枢椎椎板骨皮质咬至点状出血的粗糙面，取髂骨20～30g松质骨，制作成3.0cm×0.2cm×0.2cm骨柴及2mm×2mm×2mm颗粒状骨，先以骨柴纵行置于寰椎后弓及枢椎椎板之间，然后以颗粒状骨充填，稍施加压力，表面覆盖可吸收性纱布，逐层缝合。下颈椎疾患192例，131例颈椎骨折脱位的患者及23例前后均存在压迫的颈椎病患者取前后联合入路，其它患者单行后路手术。前后联合入路者先取俯卧位行颈椎后路手术,切除骨折塌陷之椎板、棘突。关节突交锁时，对关节突予以适当撬拨复位,难以复位者,可行下位颈椎上关节突部分切除进行复位,根据术前测量的数据值，以自行研制的颈椎椎弓根定位导向器确定打孔的入钉点及向内侧倾斜或向尾侧倾斜的角度，先用直径4.0mm磨钻将入钉点外侧磨去皮质，以直径3.0mm刮匙刮出椎弓根入口的松质骨，再以直径2.0mm刮匙按照术前测量的角度边刮边进15mm时，利用直径2.0mm手锥从此处轻轻旋入，进深约24～28mm时，扩孔至直径3.0mm，探针确认钉道有四壁一底后，置入定位针，C型臂透视后，攻丝、置入合适的螺钉，钛板固定，行关节突间植骨融合。再取仰卧位行前路手术，均采用颈前右侧横形切口,对爆裂骨折者行伤椎椎体次全切除,将上下方椎间盘刮除至椎体终板点状出血,行椎间植骨。对单纯脱位者则仅将脱位相应节段脱出的椎间盘予以切除并植骨，术中压迫要给予充分减压。椎间植骨采用带三面骨皮质的自体髂骨植骨或钛网加切取的自体骨置入植骨,前路钛板固定。完成前后路固定后，使颈椎得到即刻的三维稳定。

　　1.5 术后处理 注意观察伤口引流，24～48h拔除引流管。前后联合入路者床旁备气管切开包，以备急诊使用。均使用使用20%甘露醇注射液250mL及地塞米松注射液10mg，一日两次，静脉点滴，连续使用2～3d。不必佩戴颈围,24～48h半坐卧位,3～7d后可乘坐轮椅或步行。

　　2 结果

　　本组257例患者获得8～73个月随访，平均随访时间18.16个月。寰枢椎患者91例，置入椎弓根螺钉364枚，4例术后出现枕大神经痛，经对症治疗1个月后痊愈;3螺钉穿破寰椎左侧椎弓根外侧壁，未发现脊髓、椎动脉损伤,未行二次手术。所有患者X线片示寰椎完全复位，枢椎齿状突骨折处对位良好。CT示

　　图7 a术前X线侧位片示：颈5脱位、小关节突跳跃;b术前64排CT片示：颈5向前脱位;c术前MRI片示：脊髓受压;d、e术后6个月X线正侧位片;钉板位置良好;f、g、h术后6个月颈5、6、7 CT轴位片，螺钉与椎动脉及脊髓位置良好

　　螺钉与椎动脉的脊髓位置关系良好，均获得骨性融合，未发现钉板断裂。下颈椎患者192例，共计置入椎弓根螺钉834枚，其中166例患者各置入椎弓根螺钉4枚，共计664枚;19例患者各置入椎弓根螺钉6枚，共计114枚;7例患者各置入椎弓根螺钉8枚，共计56枚，其中131例骨折脱位患者均完全复位，固定节段稳定，颈椎椎体高度和生理曲度维持良好，内固定位置良好，无植骨块脱出或钢板、螺钉松动、断裂等并发症。3例出现喉返神经损伤,2个月痊愈。257例患者中，5例患者植骨块吸收未融合，其中颈椎病合并椎管狭窄3例，颈椎黄韧带骨化2例，均为后路手术者，融合率为98.05%(252/257)，平均融合时间3.72个月。无食道损伤并发症,无死亡病例。16例患者17枚椎弓根螺钉术后拍片位置不理想，行二次手术调整，一次成功率98.58%。该组患者采用JOA评分标准[1]，优132例，良102例，可18例，差5 例，优良率91.05%。

　　典型病例：患者女，58岁，颈5脱位小关节突跳跃，行前路颈6椎体次全切除植骨钛板内固定，后路颈5、6、7椎弓根钉板内固定术(图7:a??h)。

　　3 讨论

　　3.1 颈椎椎弓根的生物力学优势

　　椎弓根是连接脊柱前后两部分的最坚固的结构，经椎弓根固定具有三维稳定性，优于其他颈椎固定方法。Barnes[9??11]等指出颈椎经椎弓根的固定,其生物力学强度是所有颈椎内固定中最好的，颈椎椎弓根钉是三柱固定，可提供即刻的三维稳定性，有利于提高颈椎后突畸形的矫正。近年来，对颈椎损伤多采用前路钢板固定或后路侧块钢板固定。由于前方钢板只固定前柱和部分中柱,后方侧块钢板只固定后柱，其生物力学和稳定性方面差，所以，对严重的颈椎骨折脱位或退变等通常需要较广泛后路减压。椎弓根钉固定技术已被国内外学者应用于临床[12??13]，经寰椎及下颈椎椎弓根螺钉固定较经其侧块螺钉固定具有螺钉通道长、把持力好、螺钉与后部钢板容易锁定等优点。

　　3.2 颈椎椎弓根的解剖位置及置钉的安全性

　　寰椎后弓处的毗邻关系复杂，椎动脉穿横突孔后紧贴椎动脉沟横行进入颅腔，后弓外缘有硕大的椎静脉丛，下方有C2神经通过，椎管内为生命中枢延髓。解剖学测量显示[14??15]，椎动脉沟的解剖学差异较大，椎动脉沟后方的后弓上缘、外缘切迹也存在较大的差异。相比之下寰椎后弓的下缘较为平坦，变异不大，可作为进钉点和进钉方向的参考标志。枢椎进钉点一般选择在C2侧块中点或偏外1mm处，进钉角度呈向头侧倾斜20°～30°和向内倾斜20°～35°。但从解剖学角度来讲，螺钉固定应做到宁上勿下，宁内勿外，因为枢椎椎弓根上宽下窄，外侧与椎动、静脉紧邻，内侧与脊髓间有较大缓冲空间。

　　下颈椎椎弓根的解剖结构及毗邻关系同样复杂，内邻脊髓，前外邻椎动脉，上下有神经根跨越，使颈椎椎弓根处在四周均有重要解剖结构的狭窄空间中，从而增加了颈椎椎弓根螺钉置入的难度和危险性。颈椎椎弓根螺钉固定手术风险很大，有损伤神经血管的可能。因此，必须充分掌握这些重要解剖结构的特点和相互间的关系，才能安全置钉。根据解剖学研究及临床应用结果表明：①虽然脊髓和椎动脉均与椎弓根紧密相邻，但椎动脉由于受骨性椎动脉孔的限制，逃逸能力较差而易受损伤，而脊髓与椎弓根间因有硬膜囊和硬膜外脂肪等缓冲组织而相对安全，再加上椎弓根内侧皮质较外侧厚不易穿破且固定强度较强，因此，置钉时应“宁内勿外”;②尽管在椎弓根上下侧均有神经根通过，但上位神经根是紧贴椎弓根上缘行走，而下位神经根却与椎弓根下缘存有一定间隙，故置钉时要“宁下勿上”。但是由于手术操作方法的不同，其并发症的发生率也不尽相同，其中,外侧壁损伤是最容易发生的[16]。Miller等[17]报告在尸体直视下置人椎弓根钉仍有25%～47.3%的椎弓根穿透率;Abumi等[18]对180例患者(70例脊髓损伤患者，110例非脊髓损伤患者)行颈椎弓根内固定，共置钉669枚,仅有1例损伤了椎动脉，CT显示有45枚螺钉(6.7%)穿透了椎弓根,大多由于置钉方向欠妥或尺寸不适所引起。因此，熟悉颈椎解剖位置和置钉个体化是手术成功的关键。另外笔者认为术前利用PACS对颈椎椎弓根影像学图片的冠状位、矢状位、轴位进行精确测量，得出国人椎弓根的长度、宽度、高度及向内侧倾斜、向头侧倾斜角度、向尾侧倾斜角度数据值以作为置钉参考，术前参照上述数据，对拟固定颈椎患者的椎弓根精确测量入钉点距离及角度数值，以指导术中选钉及置钉，可明显减少术中并发症。

　　3.3 颈椎椎弓根螺钉植入的个体化应用

　　尽管每个颈椎椎弓根的进钉点和方向文献都有描述，但每位患者椎弓根的形态变异较大，每例手术均应根据每个椎弓根的实际影像学测量结果来置钉，才能提高手术成功率。术前除常规拍摄颈椎正、侧位X线片、左右斜位片，并对椎弓根进行64排CT扫描，以测量椎弓根的长度、高度、宽度及向内侧倾斜、向头、尾侧倾斜角度综合判断以确定进钉点和进钉方向，指导术中选钉及置钉。沈军等[19??21]认为颈椎椎弓根螺钉置入角度的最大安全范围小，有必要在置钉时做到真正的精确量化与精细操作，严格按照个体化的椎弓根轴线、方向置钉。Ruofu Z[8]等利用CT测量60例下位颈椎椎弓根直径后指出，女性C3直径最窄，男性C4直径最窄，考虑到个体间的变异，术前利用CT测量可以提高下位颈椎椎弓根螺钉内固定的安全性。本组均按术前X线片及64排CT片测量的结果进行个体化定位置钉，取得良好的效果。

　　3.4 颈椎椎弓根个体化置钉可减少手术并发症

　　尽管近年国内外有关颈椎椎弓根内固定的基础研究与临床应用的报道逐年增多，但与胸腰椎相比，在颈椎该技术尚未普及。由于颈椎的解剖特点，在置钉过程中存在着损伤神经血管的危险，如内倾角过大可能进入椎管，引起颈髓损伤，向外可能进入横突孔，引起椎动脉损伤。Abumi[22]等分析180例运用颈椎椎弓根钉固定病例，1例椎动脉损伤，2例螺钉植入造成神经根损伤，1例因过度复位造成医源性椎间孔狭窄而致神经根痛，并将椎弓根与侧块螺钉内固定技术相比，血管损伤并发症的发生率并无明显差异。本组置钉1 198枚，一次成功率98.58%。其中上颈椎患者，4例术后出现枕大神经痛，经对症治疗1个月后痊愈，CT片示3例螺钉穿破寰椎左侧椎弓根外侧壁，未发现脊髓、椎动脉损伤,未行二次手术。下颈椎患者中，16例患者17枚椎弓根螺钉术后拍片位置不理想，行二次手术调整后位置满意。我们的体会是为减少置钉的并发症，术前应仔细阅读颈椎正侧位片及CT片，了解椎弓根是否有发育异常，根据术前PACS测量结果结合自行研制的颈椎椎弓根定位导向器指导术中椎弓根入钉点、置钉角度、螺钉的直径与长度，采用个体化综合置钉法，严格准确的打孔可以提高置钉的安全性，本组患者无1例神经及血管损伤并发症发生。

　　椎弓根螺钉固定治疗颈椎疾患在生物力学、手术疗效和术后护理等方面均有其独特的优点。较其他常规前后路颈椎固定技术有无可比拟的优越性，术前应用PACS结合64排CT片及X线片，进行三维精确测量，指导术中个体化置钉，术中应用自行研制的颈椎定位导向器，明显提高了植钉的一次成功率，收到良好临床效果。

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