X线分步监测胸腰椎椎弓根螺钉植入的实验研究

【摘要】  探讨X线分步监测胸腰椎椎弓根螺钉准确置入的可行性。［方法］选8具T9～L5脊柱标本，随机分A、B两组，每组4具。A组按X线分步监测方法置入椎弓根螺钉。CT扫描测量椎弓根一半长、全长及螺钉通道长度和椎弓根e角及f角。当导针进至深度为椎弓根一半时，标准正位片导针远端到达椎弓根投影中线为符合标准；当导针进至深度为椎弓根全长时，腰椎到达椎弓根投影3／4处为符合标准，而胸椎到达椎弓根投影的1／2与3／4的中线处为符合标准；导针进入椎体，调整X线机臂，侧位片观察导针深度及f角。按照导针轨道植入椎弓根螺钉。B组为对照组，按传统X线监测方法置入椎弓根螺钉。通过观察两组螺钉的位置，评估A组方法的准确性。［结果］A组植入螺钉72枚：68枚位于椎弓根内，左右螺钉基本对称；4枚穿破椎弓根，穿破率为5.56%。B组亦为72枚：53枚位于椎弓根内；19枚穿破椎弓根，穿破率为26.38%。A组优于B组(P<0.001)。［结论］X线分步监测胸腰椎椎弓根螺钉的置入，可克服传统X线平片的局限性及减少置钉过程中的人为因素干扰，在一定程度上可使两侧椎弓根螺钉对称植入，提高了螺钉置入的准确性。

【关键词】  胸腰椎 椎弓根螺钉 透视 X线

    Abstract ［Objective］To investigate the feasibility of the placement of pedicle screws in the thoracolumbar vertebrae under X-ray fluoroscopy step by step.［Method］Eight human cadaveric thoracolumbar spines (T9～L5) were selected and classified into group A and group B randomly,each having 4 specimens.Pedicle screws in group A were placed under X-ray fluoroscopy step by step.CT scanned the specimens of group A and measured the half pedicle length,full pedicle length and the pedicle screw passage length.The “e” angle and “f” angle of pedicle were measured on CT images.When the guide wire was pricked to the half of pedicle length,the wire tip was located at the middle line of the pedicle projection in the standard posterior-anterior image.When the wire was pricked to the full pedicle length in lumbar vertebrae,its tip was located at 3/4 line of the pedicle projection in the standard posterior-anterior image.When the wire was pricked to the full pedicle length in thoracic vertebrae,its tip was located at between 1/2 line and 3/4 line of the pedicle projection.When the wire was pricked into vertebrae,the depth of the wire and the “e” angle were noted in standard lateral image.Pedicle screws were placed by the track of the guide wire.Pedicle screws in group B were placed by traditional technique.The accuracy and feasibility of the method under X-ray fluoroscopy step by step were evaluated by observation of the position of the pedicle screws in group A and group B. ［Result］ Four of 72(5.56%) pedicle screws were found to have perforated the pedicle wall in group A,and 19 of 72(26.38%) pedicle screws perforated the pedicle wall in group B.The result of group A was superior to that of group B (P＜0.001).［Conclusion］The method under X-ray fluoroscopy step by step can improve the accuracy and quality of placement of pedicle screws,and to some degree it can make bilateral pedicle screws place symmetrically.

    Key words：thoracolumbar spine;  pedicle screw;  fluoroscopy;  X-ray

    经椎弓根螺钉内固定技术已广泛应用于脊柱外科，如骨折及退行性变等疾病的，是脊柱外科常用的后路固定方法。其良好的生物力学稳定性已得到认同，并且在复位及矫正畸形方面具有其它脊柱内固定系统无法比拟的优势［1～2］。然而螺钉植入不准确，会造成脊髓、神经根、血管损伤等严重并发症，所以关于椎弓根螺钉植入准确性的研究一直是脊柱外科医生最关注的课题。作者设计了X线分步监测胸腰椎(T9～L5)椎弓根植入的实验，期望提高椎弓根螺钉植入的准确性，使之符合椎弓根螺钉技术的要求。

    1  材料与方法

    1.1  材料

    8具成人T9～L5脊柱标本随机分成A、B两组，每组4具(标本由苏州大学医学院解剖教研室提供)。

    1.2  方法

    1.2.1  A组：X线分步监测植入椎弓根螺钉

    脊柱标本固定于木板上。逐一CT扫描，在侧位像平分椎弓根的椎体横断面上，沿椎弓根中心线测量椎弓根长度(pedicle length，PL)、椎弓根一半长度(1／2 PL）和椎弓根e角(图1)，侧位像上测量椎弓根f角(图2)。模拟手术，去掉腰背部筋膜及浅层肌肉，纵向剥离两侧肌肉露出椎弓根的骨性标志。胸椎进针点为横突的内上象限，腰椎进针点为人字嵴的顶凹。突破进针点皮质后，调整X线机臂，使屏幕显示该椎体为标准正位像，固定标本及X线机不动。结合CT测量的椎弓根e、f角选定进针方向。克氏针进至深度为1／2 PL时，透视其远端到达椎弓根中线为符合标准［3］。若相差较大，调整克氏针。克氏针进至深度为PL时，腰椎到达椎弓根投影3／4处为符合标准，胸椎到达椎弓根投影的1／2与3／4的中线处为符合标准［3］。导针进入椎体后，调整X线机臂，在标准侧位像观察导针深度、及f角［4］。按导针轨道植入椎弓根螺钉。

    图1e角：椎弓根的纵轴与椎体矢状轴之间形成的夹角

    图2f角：椎弓根的纵轴与椎体水平面之间形成的夹角

    1.2.2  B组：传统X线方法监测椎弓根螺钉植入

    同A组方法，CT扫描测量椎弓根e角和f角。模拟手术显露椎弓根骨性标志。胸椎进针点为横突的内上象限，腰椎进针点为人字嵴的顶凹。突破进针点后，导针直接进入椎体，探查椎弓根周围为骨性组织。调整X线机臂，观察侧位片上导针深度及f角。按导针轨道植入椎弓根螺钉。

    1.3  观察椎弓根螺钉位置

    透视椎体侧位及轴位像，判断螺钉位置；肉眼观察螺钉位置；游标卡尺测量螺钉穿破椎弓根的情况。

    2  结果

    椎弓根螺钉位置分级标准及依据。标准：Ⅰ级，螺钉位于椎弓根内，皮质无开裂；Ⅱ级，椎弓根皮质开裂，或螺钉穿出椎弓根皮质，但小于2 mm；Ⅲ级，螺钉穿出椎弓根皮质，大于2 mm。依据(1)椎弓根皮质破裂，内固定强度下降［5］；(2)椎弓根内侧壁与硬膜囊、神经根的距离为2～4 mm［6］，超过2 mm可能损伤硬膜囊、神经根。根据椎弓根的大小选择螺钉直径，保证螺钉直径小于椎弓根的横径。

    共植入螺钉144枚(图3～8)。A组72枚，其中胸椎32枚，3枚螺钉评为Ⅱ级，腰椎40枚，1枚Ⅱ级，螺钉基本位于对称位置。B组72枚，其中胸椎32枚，11枚评为Ⅱ级，2枚Ⅲ级，腰椎40枚，3枚Ⅱ级，3枚Ⅲ级。卡方检验P<0.01，A组优于B组(见表1)。

    表1  A、B两组不同级别螺钉数(枚)及其百分比(%)组别螺钉总数Ⅰ(枚数与%)Ⅱ(枚数与%)Ⅲ(枚数与%)A组7268(94.44) 4(5.56)0.00B组7253(73.61)14(19.44)5(6.94)

    3  讨论

    椎弓根螺钉技术是脊柱外科史上重要的里程碑，已广泛用于脊柱外科，取得了较理想的疗效［7］。但由于脊柱椎弓根解剖复杂，螺钉植入的失败率仍然较高［8］。Gertzbein术后CT扫描发现，有28.1%螺钉位于椎弓根之外［6］。Myers等［9］报告出于螺钉植入不当引起并发症的发生率为2%～10%。螺钉位置不佳可导致严重的并发症［10］，如椎弓根皮质破裂降低椎弓根螺钉固定系统的稳定性，脊髓及神经根损伤导致瘫痪等。因此，椎弓根螺钉的准确植入对避免出现并发症及增加螺钉稳定性都是至关重要的。为了提高椎弓根螺钉植入的准确性，许多学者进行了大量的研究工作，探索了多种监测方法，均有一定的弊端［11］。传统的定位方法很大程度上依靠手术医生的临床经验，也缺乏判断螺钉位置的客观依据［11、12］。机导航辅助脊柱外科技术虽明显提高了螺钉植入的准确率，使盲视手术成为可视手术［13］，但它需要借助昂贵的设备和特殊的器械，操作较为复杂，目前难以普及［11］。

    本研究实验组(A组)结果显示螺钉准确率达94.44%，接近Amiot等［14］采用计算机辅导航系统的准确率(95%)。对照组(B组)同样参照CT扫描获得的有关椎弓根参数，按照传统方法植入螺钉，结果显示螺钉准确率为73.61%，与Ferrick等［15］借助X线植钉的准确率相符。A组的结果明显优于B组，说明透视分步监测椎弓根螺钉植入的方法有较高的准确性和可行性。这也说明即使通过术前CT测量获得一定的椎弓根螺钉进钉参数，如果缺乏一种术中行之有效的监测手段，仍不能保证椎弓根螺钉准确植入。传统进钉方向多靠目测，手术仍具有盲目性及经验性，常规X线透视或摄片无法知晓椎弓根螺钉植入的过程，不能准确定位。本实验X线分步监测螺钉植入方法，根据导针位于椎弓根中段及椎弓根全长时两点位置，能较好地控制导针穿过椎弓根这一过程。它虽不能像脊柱外科导航系统那样使整个螺钉植入过程可视化，但根据两点决定一条直线的原理，能够间接表达导针的穿刺过程，即克服了X线平片的局限性又克服了植钉过程中的人为因素干扰，较好地减少植钉错误，确保螺钉的准确性，这对经验不足的脊柱外科医生更有帮助。  图3～5A组螺钉：正、侧位X线片显示螺钉位于对称位置，轴位X线片显示螺钉位置对称

    图6～8B组螺钉：侧位X线片显示螺钉对称，正位X线显示螺钉不对称，轴位X线片显示左侧螺钉穿破椎弓根    椎弓根高度大于宽度，使得椎弓根螺钉在矢状面上可以稍做上下移动，而在水平面左右移动危险性很大，易造成脊髓及内脏损伤［8］。因此必须很好控制椎弓根螺钉水平面角(水平面上椎弓根轴线与椎体矢状线夹角)。本研究通过标准正位片上X线分步透视对椎弓根螺钉导针的监测，能保证导针在水平面上位于一种理想的位置，较好地控制了螺钉的水平面角。

    椎弓根在不同个体、不同节段有明显的差异性，“统一”的植钉标准必然导致错误的植钉，植入螺钉应遵循个体化原则［8］。本实验通过术前CT测量获得椎弓根钉道参数，术中以植入螺钉椎体的椎弓根投影为参照物，在一定程度上体现了椎弓根螺钉技术的个体化植钉原则。另外，实验组植入的左右螺钉基本位于对称的位置上，这更符合椎弓根内固定技术的要求。如果两侧植入螺钉处于不对称的位置，会造成两侧钉棒接受的应力不同而导致固定生物力学的失衡，使术后骨折椎体前高度的丢失以及引起弯钉或断钉等并发症［11］。因此，脊柱外科医生不能只求螺钉通过椎弓根进入椎体，而忽视两侧螺钉对称植入的重要性。作者的体会是：当标准正位片上两侧导针位于对称的位置时，植入螺钉也基本位于对称位置。

【】
  ［1］ 王根林，杨惠林，牛国旗，等.椎弓根内固定无神经损伤的胸腰椎骨折［J］.矫形外科杂志，2004，12：1664-1666.

［2］ 王根林，杨惠林，唐天驷，等.胸腰椎Chance骨折的特点及外科治疗［J］.中华创伤杂志，2007，23：737-740.

［3］ 王根林，杨惠林，牛国旗，等.标准位X线片上胸腰椎椎弓根轴线的放射学研究［J］.中国临床解剖学杂志，2006，24：502-505.

［4］ 王根林，杨惠林，牛国旗，等.标准位X线片上胸腰椎椎弓根螺钉进钉点及进钉深度研究［J］.中国临床解剖学杂志，2006，24：272-274.

［5］ Kothe R,O’Holleran JD, Liu W, et al. Internal architecture of the thoracic pedicle: an anatomic study ［J］. Spine,1996,21:264-270.

［6］ Gertzbein SD, Robbins SE. Accuracy of pedicle srcew placement in vivo ［J］. Spine, 1990, 15:11-15.

［7］ Boos N, Webb J K. Pedicle screw fixation in spinal disorders: a European view ［J］. Eur Spine J,1997, 6:2-18.

［8］ 王根林，杨惠林.国人下胸椎及腰椎经椎弓根内固定应用解剖新进展［J］.中国矫形外科杂志，2005，13：383-385.

［9］ Myres Bs, Hastyu, Floberg Dr, et al. Measurement of vertebral cortical integrity during pedicle exploration for intrapedicular fixation ［J］. Spine,1995,20:144-148.

［10］Castro WH, Halm H, Jerosch J. Accuracy of pedicle screw placement in lumbar vertebrae ［J］.Spine, 1996,21:1320-1324.

［11］朱长俊，王根林.胸腰椎椎弓根螺钉植入监测方法的研究进展［J］.中国医师进修杂志(外科版)，2006，29：73-75.

［12］Weinsten JN, Spartt KF, Spengler D. Spinal pedicle fixation: reliability and validity of roentgenogram-based technique assessment and surgical factors on successful screw placement ［J］. Spine,1988,13:1012-1018.

［13］Laine T, Schlenzka D, Makitalo K, et al. Improved accuracy of pedicle screw insertion with computer-assisted surgery: a prospective clinical trial of 30 patients ［J］. Spine, 1997,22：1254-1258.

［14］Amiot LP, Lang K, Putzier M, et al. Comparative results between conventional and computer-assisted pedicle screw installation in the thoracic, lumbar, and sacral spine ［J］. Spine,2000,25:606-614.

［15］Ferrick MR, Kowalski JM, Simmons KD, et al. Reliabilty of roentgenogram evaluation of pedicle screw position ［J］. Spine,1997,22:1249-1252.