术前CT测量椎体变异对特发性脊柱侧弯矫形手术的意义

              作者：吴宏斌，郑启新，杨述华，邵增务，杜靖远

【摘要】  ［目的］探讨术前CT测量椎体变异对脊柱侧弯后路矫形手术的意义。［方法］ 回顾性分析本院在采用CT三维重建技术测量椎体变异，以指导脊柱侧弯矫形术中内固定植入这一新方法前后，两组特发性脊柱侧弯病例矫形术中椎弓根螺钉使用率，矫形率差异等情况。［结果］未使用CT测量椎体变异组患者27例，椎弓根钉使用率65%±21%，术前Cobb’s角61.7°±9.0°，术后Cobb’s角29.7°±4.8°，矫正率为52%±4%；使用CT测量椎体变异指导手术内植物植入组患者23例，椎弓根钉使用率94%±9%，术前Cobb’s角64.0°±7.6°，术后Cobb’s角21.1°±3.1°，矫正率为67%±6%。两组病例在椎弓根钉使用率和畸形矫正率上有极显著差异，p值皆小于0.001。［结论］使用CT测量椎体变异能提供固定椎体椎弓根直径、内倾角、椎弓根钉的可使用长度等重要个性化资料，能提高术中植入椎弓根钉的植入成功率，提高侧弯畸形的矫形效果。

【关键词】  CT； 脊柱侧弯； 矫形手术

 随着脊柱内固定器械进步和对脊柱侧弯解剖及病理生的进一步了解，越来越多的脊柱侧弯患者已能被手术所矫形并获得内固定支撑以维持矫形效果［1～3］。但是由于脊柱侧弯患者存在多个椎体的解剖变异，如椎体旋转、椎管及椎弓根发育不对称等，而且矫形器械须在娇嫩的脊髓旁进行操作，对器械导致不可逆性神经损伤的担心始终存在［2、4］。为降低手术风险，增加内植物的植入成功率，本院从2004年6月开始在特发性脊柱侧弯矫形术前采用薄层CT扫描和三维重建技术在术前测量椎体的变异情况，制定出相应的内置物植入计划，指导后路手术中内植物安放，与使用该项技术前本院的一组特发性脊柱侧凸病例相比，作者发现，CT提供的术前计划能使更多的变异椎体得以安全植入椎弓根螺钉，侧凸的矫形效果也获得明显提高。现将研究结果报道如下。

    1  材料与方法：

    1.1  病例资料：特发性脊柱侧弯患者共50例，使用CT测量椎体变异组23例，男10例，女13例；年龄12～24岁，术前Cobb’s角64.0°±7.6°  (42°～79°)；未使用CT测量椎体变异组27例，男11例，女16例；年龄13～24岁，术前Cobb’s角61.7°±9.0°(40°～75°)。均使用脊柱后路矫形固定术，固定器械包括TSRH系统，中华长城系统，枢法模CD-Horizon M8系统等。

    1.2  术前CT测量与内置物植入计划：术前行薄层CT扫描，取能显示双侧椎弓根的椎体横断面，按如下方法进行测量：（1）测量最窄处椎弓根直径；（2）经椎弓根中线划出椎弓根螺钉通道在横断面上的投影线AB，CD(真实的螺钉通道可能与该横断面存在一定的头倾或尾倾)；（3）标出AB线与横突的交点(在胸椎)或是与关节突的交点(在腰椎)B和D，测量B和D与棘突根部的水平距离BF和DE；（4）测量AB线及CD线与横断面纵轴线GH的夹角β和α，即椎弓根螺钉通道的内倾角(见图1)。

    2  结果

    未使用CT测量椎体变异组患者27例，术中固定椎体点数213个，使用椎弓根钉111个，椎弓根钉使用率(椎弓根螺钉数／椎体固定点数×100%)65%±2l%，术前Cobb’s角61.7°±9.0°，术后Cobb’s角29.7°±4.8°，矫正率［(术前Cobb’s角-术后Cobb’s角)／术前Cobb’s角×100%］为52%±4%；使用CT测量椎体变异指导手术内植物植入组患者23例，术中固定椎体点数169个，使用椎弓根钉159个，椎弓根钉使用率94%±9%，术前Cobb’s角64.0°±7.6°，术后Cobb’s角21.1°±3.1°，矫正率67%±6%。两组病例在椎弓根钉使用率和畸形矫正率上有极显著差异，p值皆小于0.001。图2～4示使用术前CT测量椎体变异的方法后，全椎弓根螺钉固定矫形术前术后X线片，Cobb’s角从术前71°矫形到术后17°，矫形率达76%。两组资料均未发现椎弓根螺钉导致的神经损伤。  图1示CT薄层扫描横断面图，CT分析软件可测出双侧椎弓根最窄处的直径分别为凹侧0.63 cm，凸侧0.65 cm。凹侧椎弓根螺钉通道CD与横断面纵轴GF形成的内倾角α为33°，凸侧椎弓根螺钉通道AB与横断面纵轴GF形成的内倾角β为负9.2°，凹侧椎弓根钉植入点D与棘突根部的距离为1.50 cm，大于凸侧椎弓根钉植入点B与棘突根部的距离0.95 cm  图2示特发性脊柱侧弯术前照，Cobb’s角为71°  图3后路椎弓根系统矫形固定后正位片，示Cobb’s角为17°，矫正率为76%  图4后路椎弓根系统矫形固定后侧位片，示7个椎体固定点全部使用椎弓根钉，固定确实，椎弓根钉使用率为100%

    3  统计分析

    采用双尾异方差t检验。

    4  讨论

    4.1  脊柱侧凸后路矫形器械的演进：脊柱侧凸后路手术矫形的基本原理是通过固定在椎体上的钢棒进行撑开和加压以及去旋转等操作，改善冠状面上侧凸畸形和横断面上旋转畸形。由于撑开和加压同时能给脊柱产生矢状面上的前凸或后凸矫正力，所以同时又能改善侧凸患者在矢状面上的畸形。钢棒并非直接固定在椎体上，而是与固定在椎体上的内置物连接后才能发挥矫形作用。从生物力学角度讲，直接固定在椎体上的后路固定物经历了钩、钢丝和椎弓根钉3个阶段，椎弓根钩、椎板钩或横突钩的安置相对容易。但由于它只固定了椎体的后柱，对脊柱前柱畸形的矫形效果不佳，而且其固定力与预弯棒和脊柱间的对抗力呈正相关，对抗力越大，钩的固定越稳，但是太大的对抗力又可导致椎板和横突骨折，以致脱钩。力量的缺陷可以部分依靠加大棒的长度，增加钩的数量以分散作用在每个钩上的应力而维持总矫形力不变来应对，但由此导致钩棒系统(以哈氏棒为代表)的第3个缺陷，即固定节段过长，创伤大，平背综合征导致的腰背痛发生率高。Luque倡导的椎板下钢丝能最大程度的分散作用在每个椎体上的矫形力，因为固定节段内的每个椎板都可以穿钢丝，但是这会增加手术时间并明显增加神经损伤的发生率［2、5］。椎弓根钉通过椎弓根从后柱直接贯穿到椎体前柱，后方矫形器械的力量可以直接传递到椎体，因而可以达到对脊柱畸形的最大三维矫形效果。目前有许多临床研究表明，全椎弓根螺钉钉棒系统相对于钩棒系统和钩钉棒杂交系统对特发性脊柱侧弯进行后路矫形时有明显的优势，如固定节段更短，矫形效果更佳，提示应尽可能在后路矫形时多使用椎弓根钉［3、6、7］。

    4.2  使用椎弓根螺钉固定脊柱侧弯变异椎体的担忧：作者在临床工作中发现，相对于正常椎体，对脊柱侧弯变异椎体进行椎弓根螺钉固定主要存在以下几个不确定因素：（1）进钉点；（2）内倾角；（3）固定椎体椎弓根的最窄直径。上述不确定因素主要与侧弯椎体在矢状轴上发生旋转，以及由长期旋转引起的椎体在解剖形态学上发生的一系列发育变异所导致。这些变异包括：椎体转向凸侧，凹侧椎弓根变短变窄；椎管也变形不对称，凹侧椎板宽度通常小于凸侧椎板宽度；另外冠状面上，脊髓常偏向凹侧，靠近椎弓根［5、8、9］。上述变异使得椎弓根钉进针点相对于正常椎体在凹侧应更偏外，内倾角更大；在凸侧，上述参数变化方向则正相反，即椎弓根钉进针点相对于正常椎体在凸侧应更偏内，内倾角更小(见图1)。由于不同椎体的上述变异程度不一致，即侧弯顶椎最明显，顶椎两端畸形逐渐减轻，因此上述参数变化的程度也不一样，具有椎体特异性［5、9］。最让术者不放心的是固定椎体的最窄直径，尤其是凹侧变异后的椎弓根直径，这直接关系到能否使用和使用什么直径的椎弓根钉。由于侧弯患者往往要固定中上段胸椎，而胸椎椎弓根直径比较窄小，单纯根据人种统计学得出的椎弓根直径统计数据进行侧弯变异椎体的椎弓根螺钉植入，风险太大。如果能对需固定椎体的上述变异参数有一个较为直观地的个性化显示，作者认为椎弓根螺钉植入的安全性和成功率将明显得到改善。

    4.3  三维CT对椎体变异的显示与测量：作者希望CT的横断面图像能提供上述参数的变异情况。由于脊柱在矢状面上存在生理性或病理性的前、后凸，使得CT扫描方向很可能不与椎弓根的走形方向一致，普通的厚层扫描可能不能显示出一桢完整的椎弓根横断面。但是新近使用的三维成像CT已使得快速、大范围、多层薄层无间隔扫描成为可能，对每一个椎体，总能找到1～2层横断面能显示椎体的旋转变形、椎板和椎弓根的变异［10～12］。作者在CT横断面上对进钉点、内倾角、椎弓根最窄处直径进行测量和标注(见图1)。另外由于薄层扫描有一定的层厚，如2 mm，通过观察多少个连续的横断面能显示椎弓根可以大致判断椎弓根的上下径，术前对固定椎体的上述解剖形态变异和测量值进行个性化了解之后，无疑会增强术者对椎弓根钉植入的信心，减少术中手钻调整次数，增加椎弓根钉植入成功率。本组临床资料表明，本院使用术前薄层CT扫描，横断面测量椎体变异及椎弓根相应解剖值后，椎弓根钉植入成功率明显增加，由于固定物力学性能改善，侧弯矫形率也明显增加(见图2～4)。

    4.4  术中注意事项：由于脊柱有一定活动度，体位、麻醉以及术中对竖脊肌剥离等因素会导致侧弯在冠状面上有一定程度改变［13］，因此术前CT检查可能并不能精确反映术中椎体的旋转情况。作者认为，椎体的骨性变异不会随侧弯在冠状面上的改善出现变化，而骨性变异是决定进钉点最重要的因素，又以进钉点在横断面上距棘突根部的距离最为重要，这一距离在术前CT上可以测量。侧弯在术前和术中发生变化对椎弓根钉植入时的内倾角影响最大，为了降低上述因素对椎弓根螺钉植入时的影响，作者在实际操作过程中尽量遵循下面3个原则：（1）观察术前和术中剥离竖脊肌后棘突连线的变化，估算侧弯的改善程度，通过改善程度对CT测量显示的内倾角进行增减，因为没有专门文章论述棘突连线变化与侧弯改善之间的关联性，作者很难对这种关联性给出公式化的表述，但在后路手术中，竖脊肌剥离前后，作者确实发现上述现象，这种变化对内倾角的影响，作者认为需要术者有一定的经验才能得到比较好的判断；（2）严格遵循宁外勿内的原则，在判断的可能应用的内倾角范围内尽量选择较小的内倾角；（3）手动钻钉道时，尤其是在开始钻道的一段危险范围内，一定要严格检查钉道内壁，对怀疑有内壁破裂的椎弓根，不应坚持使用螺钉，应及时改用椎弓根钩或椎板钩。由于遵循上述原则，本组资料中，没有发生1例螺钉穿入椎管引发严重神经损伤的并发症。

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