椎弓根延长术治疗腰椎椎管狭窄的解剖学基础研究

发布时间：2017-05-21 10:21

  本文关键词：椎弓根延长术治疗腰椎椎管狭窄的解剖学基础研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：研究背景腰椎管狭窄症(Lumbar spinal stenosis, LSS)是老年人常见的脊柱退行性疾病,常引起神经源性跛行、下肢痛或腰背痛。随着中国人口老龄化的不断加速,腰椎管狭窄症的发病率、手术率已呈现不断上升趋势,影响老年人的生活质量。老年人的腰椎管狭窄主要是由于腰椎解剖结构退变引起,包括椎间盘的膨出、黄韧带的增厚、关节突关节的增生等,从而造成腰椎椎管容积或椎间孔面积减小。腰椎管狭窄按照解剖部位可分为中央型狭窄、侧隐窝型狭窄和椎间孔型狭窄。中央型狭窄一般由向后突出的椎间盘、骨赘或向前增生肥厚的黄韧带所导致。侧隐窝型狭窄通常是由于背侧的上关节突增生、后侧的黄韧带增厚、腹侧的椎间盘膨出等因素引起。椎间孔型狭窄可由椎间盘侧方突出、关节囊肥厚导致椎间孔的前后距离缩短,也可由椎间盘的退化塌陷造成椎间孔的纵向距离缩短引起。腰椎的中央椎管、侧隐窝、椎间孔因退行性病变,导致椎管骨性或纤维结构和容积异常,单一平面或多个平面管腔狭窄,引起马尾神经、神经根受到刺激或压迫出现间歇性跛行、下肢痛或腰背痛。特别是当腰椎管狭窄患者腰椎后伸时,椎管容积进一步减小导致上述症状加重。腰椎管狭窄症在治疗上,主要分为保守治疗和手术治疗。保守治疗适应于轻度的椎管狭窄患者,主要的保守治疗手段包括理疗、活动限制、家庭运动治疗、椎管内硬膜外封闭及药物治疗等。对于中重度的腰椎管狭窄或者保守治疗无效患者,手术治疗效果优于保守治疗。传统的手术治疗需要切除椎板扩大椎管减压,手术创伤大,术后出现腰椎结构不稳、邻近节段退变、硬膜外瘢痕性粘连增生等并发症,常导致远期疗效不佳。微创脊柱外科手术(Minimally invasive spine surgery, MISS)是采用微小切口或经皮穿刺,应用微创的器械和装置,施行脊柱外科手术。微创脊柱外科手术具有创伤小,恢复快、并发症少等优点。椎弓根延长术(Pedicle-lengthening Osteotomy)是近年来提出的治疗腰椎管狭窄症的新术式,该种新技术作为微创脊柱外科手术的一种,利用一种可伸缩的锯刀在C臂透视引导下,经椎弓根钉道由内向外离断椎弓根与椎体连接处,通过可调节长度的椎弓根螺钉向后提拉椎骨后部结构,延长了椎弓根,从而有效地扩大了椎管和椎间孔的容积,解除了神经的压迫。该手术的优势是不破坏脊柱后柱的完整结构,避免了硬膜外瘢痕性粘连。2010年,杨惠林在国内首次报道腰椎椎弓根延长术对椎间孔孔径的解剖学研究,为临床行腰椎间孔狭窄减压提供了一种新的方法。2012年,Kiapour通过一正常人腰椎有限元模型模拟椎弓根延长手术,发现该术式能显著扩大腰椎椎管和椎间孔的面积。2013年,Mlyavykh首次报道腰椎椎弓根延长术的临床应用,19例腰椎管狭窄患者术后随访1年均取得良好的治疗效果,椎弓根延长术是一种具有较好的应用前景的微创治疗LSS的新技术。然而,由于腰椎椎弓根截骨部位与其毗邻神经结构的解剖关系较复杂。因此,在离断椎弓根的过程中可能会引起严重的神经损伤并发症,如硬脊膜破裂及脑脊液漏、马尾及神经根损伤等。所以,如何在椎弓根截骨过程中避免神经结构损伤是一个亟需解决的问题。关于腰椎椎弓根延长术对椎管和椎间孔面积的影响已经有文献报道,但是这些研究存在以下不足：①采用单一横截面的面积或径线的测量法来衡量整个腰椎椎管或椎间孔受压情况；②所测量的面积为骨性椎管面积,没有考虑椎间盘膨出和黄韧带增厚对椎管形态的影响；③数据多为正常人椎管和椎间孔的解剖数据,对腰椎管狭窄病例的相关测量较少。本研究认为：腰椎椎管形态不规则,椎管各横截面大小不一,腰椎的不同体位对椎管的横截面积有显著性影响。除此之外,不同类型的腰椎管狭窄导致椎管受压的位置也不同。针对既往研究的不足之处,本研究通过三维重建技术建立腰椎椎管容积3D模型,定义纤维性椎管容积的测量标准,对正常和三类LSS的椎管容积模型进行量化分析,不仅可以弥补单一横截面测量的局限性,同时对椎管受压程度的的评估更有临床指导意义。本课题结合应用解剖和三维重建技术,模拟腰椎弓根延长手术,观察并测量腰椎弓根延长术截骨部位与邻近神经结构的解剖关系,为腰椎弓根延长术安全截骨提供帮助,以期减少神经损伤并发症。分析三种类型腰椎管狭窄病例,确定椎弓根延长距离与椎管容积或椎间孔面积增加的量化关系,为下一步有限元分析提供实验数据,为个体化病人延长椎弓根至适宜长度提供技术支持。本课题研究分以下两部分：第一章腰椎椎弓根延长术截骨部位与邻近神经结构的解剖学研究目的观察并测量腰椎椎弓根延长术截骨部位与邻近神经结构位置的解剖关系,为腰椎椎弓根延长术截骨提供一个相对安全的操作范围,为下一步生物力学研究和临床应用提供解剖学数据。材料和方法1实验材料甲醛固定的成人脊柱标本30(男15,女15)具,年龄35～70岁,身高161-175cm。标本均由南方医科大学人体解剖学教研室提供。经X线正、侧位片检查,排除脊柱畸形、骨关节韧带损伤,实验样本选取脊柱的T12-S1节段。吊磨机(波盾软轴电磨BD-3109,夹头夹持范围0.3-4mmm),电子游标卡尺(苏测计量仪器有限公司,精确度0.01 mm),两脚规,量角器(精确度1°),骨科手术器械。2实验方法标本放置于仰卧位,去除所有腹腔器官,仔细解剖出腰丛神经。然后,将标本置于俯卧位,自T12-S1沿后正中线切开皮肤、浅筋膜,去掉深筋膜和浅层肌肉,纵行分离骶棘肌、横突棘肌群,剔除腰椎后部所有的软组织,完整暴露椎板。用咬骨钳去除棘突、椎板、关节突关节、横突及相关韧带等后部结构,显露出椎弓根、硬脊膜和神经根。保护好硬脊膜、神经根,用钨钢磨头仔细磨削椎弓根直至椎弓根与椎体连接处,即腰椎椎弓根延长术截骨部位。所有解剖和测量均由同一实验者完成。测量包括以下参数：①腰椎弓根上缘至上位神经根下缘的间距(the distance from the superior border of the pedicle osteotomy site to the inferior limit of the adjacent nerve root, PSRD);②腰椎弓根下缘至下位神经根上缘的间距(the distance from the inferior border of the pedicle osteotomy site to the superior limit of the adjacent nerve root, PIRD);③腰椎弓根内缘至硬膜囊外缘或内侧神经根外缘的间距(the distance between the medial wall of the pedicle osteotomy site and the lateral limit of the dural sac or adjacent nerve root, PMRD);④腰椎弓根外缘至外位神经根内缘的间距(the distance from the lateral wall of the pedicle osteotomy site to the medial limit of the adjacent nerve root, PLRD)；⑤同一水平面两椎弓根截骨端中心间距(the distance between the central axes of bilateral pedicle osteotomy sites, IPD);⑥神经根发出点至硬膜囊中线的距离(the distance from the insertion of the nerve root to the midline of the dural sac, RMD);⑦神经根高度(the nerve root height, NRH);⑧神经根与硬膜囊正中线的冠状面夹角(the angle between the midline of the dural sac and the axis of the nerve root in the frontal plane, REA)。所有参数都做双侧测量。利用SPSS13.0软件对测量数据进行统计学分析,计量资料用x±s表示。左、右两侧数据采用配对资料t检验,男性与女性每个腰椎弓根数据进行两样本t检验,P0.05,认为差异有显著性。结果腰椎椎弓根截骨部位至上、下、内、外神经根的间距：男性标本的范围分别是4.83～8.75 mm,1.09～2.57 mm,0.02-1.76 mm,0.93～11.45 mm;女性标本的范围分别是4.72～8.35 mm,1.02～2.35 mm,0.01～1.64 mm,0.73～11.13 mm。男性和女性左、右两侧数据均无显著性差异(P0.05)；女性各节段腰椎弓根截骨部位至上、下、外侧神经根的间距及同一水平面两椎弓根截骨端中心间距均小于男性(P0.05),但神经根与硬膜囊正中线的冠状面夹角均大于男性(P0.05)；男、女各节段腰椎弓根截骨部位至内侧神经根的间距无显著性差异(P0.05)。男性及女性的PSRDPIRDPMRD。结论1.腰椎椎弓根截骨延长时,截骨部位的内缘和下缘毗邻的神经结构相对于上缘和外缘损伤可能性大,C臂透视下对椎弓根内缘和下缘截骨时要十分小心,特别是女性患者。2.对L5椎弓根截骨时要着重注意,因为L5椎弓根上方间距最大,但其余三个间距均较小,而L4-L5节段又是腰椎管狭窄最常见部位,手术机率高,因此手术风险性也是最大的。第二章椎弓根延长距离影响腰椎椎管狭窄的椎管容积与椎间孔面积的数字解剖学研究目的利用三维重建技术模拟椎弓根延长术,分析该术式对中央型、侧隐窝型、椎间孔型腰椎椎管狭窄患者的椎管容积和椎间孔面积的影响,确定椎弓根延长长度与椎管容积或椎间孔面积增加的量化关系,为下一步有限元分析提供实验数据,为个体化病人延长椎弓根至适宜长度提供技术支持。材料和方法1数据采集与实验设备选取2012年7月～2014年7月在南方医科大学附属莆田医院,行腰椎CT检查的椎管狭窄患者影像学数据,排除腰椎侧凸、腰椎后凸、腰椎滑脱、既往有腰椎手术史的患者。所选研究对象包括L4-L5中央型椎管狭窄患者12(男7,女5)例,L4-L5椎间孔型椎管狭窄患者12(男5,女7)例,L4-L5侧隐窝型椎管狭窄患者12(男9,女3)例。中央型椎管狭窄患者年龄范围是51-78岁,平均年龄为62岁；侧隐窝型椎管狭窄患者年龄范围是57-81岁,平均年龄为65岁；椎间孔型椎管狭窄患者年龄范围是53-77岁,平均年龄为63岁。同时选取12(男8,女4)例正常成年L4-L5节段CT数据作为对照组,年龄范围是25-40岁,平均年龄为36岁。CT扫描的腰椎数据来自GE Healthcare公司64排螺旋CT机,扫描范围：L4上方1cmL5下方1cm,扫描参数：球管电压为120kV,球管电流为264mA,扫描层厚为0.625mm。在CT机工作站中对扫描图像进行对比度、灰度调整,以获得最佳的骨窗和软组织窗CT图像,导出数据为dicom格式。三维重建硬件采用联想IdeaPad Z470笔记本电脑。主要配置：CPU：英特尔第二代酷睿i5-2520M@2.50GHz双核处理器；主板：联想KL6；内存：8 GB(记忆科技DDR3 1333MHz);主硬盘：日立HTS547550A9E384 (500 GB/5400转份)；主显卡：Nvidia GeForce GT 520M (1 GB/联想)；显示器：三星SEC444C(14英寸)。软件：Windows 7旗舰版64位SP1 (Microsoft, Inc.,美国)、Mimics software v14.01 (Materialise Corp., Leuven, Belgium)、Rapidform XOSTM (INUS Technology Inc., Seoul, Korea)。2建立3D模型与实验方法将4组CT扫描数据以dicom格式导入Mimics 14.01软件中,根据所需重建的椎骨的灰度值范围,依次应用阈值分割(Thresholding)、区域增长(Region Growing)、蒙板编辑(Edit Masks)、形态学操作(Morphology Operations)、蒙版计算3D模型(Calculate 3D from Mask)等功能重建L4-L5腰椎椎骨的三维模型。在已重建的椎骨蒙版(Mask)上,应用套索(Lasso)功能勾勒出椎间盘的解剖轮廓,逐层编辑蒙版,最后通过Calculate 3D from Mask生成L4-L5腰椎椎间盘的三维模型。考虑到临床治疗需要,本课题组定义的L4-L5椎管容积单元包括3个部分：1个位于关节突关节内侧缘之间的中央椎管,和2个位于关节突关节下方进入神经根管的侧椎管。L4-L5椎管容积单元的界定标准：上界为L4两侧椎弓根上缘所在平面,下界为L5两侧椎弓根下缘所在平面,前界为L4椎体、L4-L5椎间盘、L5椎体,后界为黄韧带,外侧界为L4椎弓根内缘、椎间孔外口(椎间盘层面)、L5椎弓根内缘。按照上述界定标准,在Mimics14.01软组织窗口(Soft tissue scale)中,依次建立空白蒙版,蒙板编辑(Edit Masks)、形态学操作(Morphology Operations)、区域增长(Region Growing)、蒙版计算3D模型(Calculate 3D from Mask)重建出L4-L5节段椎管容积模型。将4组L4-L5腰椎和椎间盘的3D模型以Binary STL格式导入Rapidform软件中,依次应用追加参照平面(Ref. Plane)、面片草图(Mesh Sketch)、样条曲线(Spline)功能过L4-L5椎间孔内口建立轮廓草图,最后通过拉伸实体(Extrude)生成L4-L5椎间孔的三维模型。本研究测量的是腰椎椎间孔面积为L4-L5椎间孔内口面积。L4-L5椎间孔内口切面的界定标准：上界为L4椎弓根下内缘,下界为L5椎弓根上内缘,前界为L4椎体后缘、L4-L5椎间盘后缘、L5椎体后缘,后界为上下关节突关节。在Mimics 14.01软件中模拟腰椎弓根延长术：利用Cut Orthogonal to Screen和Reposition功能,在椎弓根与椎体连接部位切断椎弓根。对正常组、中央型狭窄组、侧隐窝型狭窄组、椎间孔型狭窄组腰椎模型做如下操作：单独延长L4椎弓根、单独延长L5椎弓根、同时延长L4和L5椎弓根lmm,2mm,3mm,4mm,5mm。将4组腰椎椎弓根延长模型以Binary STL格式导入Rapidform软件中,重建腰椎弓根延长后的椎间孔模型。在Mimics 14.01和Rapidform工作站中,计算4组研究对象的初始状态下的椎管容积、椎间孔面积,和椎弓根延长后的椎管容积、椎间孔面积。结果初始状态下,腰椎椎管狭窄患者的椎管容积和椎间孔面积均显著小于正常人(P0.05),椎管容积大小顺序为：正常组(21590.6±2638.5mm3)椎间孔型狭窄组(15175.7±2785.3 mm3)侧隐窝型狭窄组(13032.0±1583.8 mm3)中央型狭窄组(11979.5±3353.1 mm3),椎间孔面积大小顺序为：正常组(134.3±18.5 mm2)中央型狭窄组(93.3±9.5mm2)侧隐窝型狭窄组(87.7±9.7mm2)椎间孔型狭窄组(74.8±8.6 mm2)。椎弓根延长后,腰椎管狭窄患者的椎管容积和椎间孔面积增加的百分比均大于正常人(P0.05),各组延长L4椎弓根平均lmm椎管容积增加百分比：侧隐窝狭窄组中央型狭窄组椎间孔型狭窄组正常组,延长L4椎弓根平均1mm椎间孔面积增加百分比：椎间孔狭窄型组中央型狭窄组侧隐窝型狭窄组正常组；延长L5椎弓根平均1mm椎管容积增加百分比：侧隐窝型狭窄组椎间孔型狭窄组中央型狭窄组正常组,延长L5椎弓根平均1mm椎间孔面积增加百分比：中央型狭窄组侧隐窝型狭窄组正常组椎间孔型狭窄组；同时延长L4和L5椎弓根的容积增加百分比趋势与单独延长L5椎弓根相同,同时延长L4和L5椎弓根的椎间孔面积增加百分比趋势与单独延长L4椎弓根相同。单独延长L4椎弓根时,正常组、中央型狭窄组、侧隐窝型狭窄组、椎间孔型狭窄组平均每延长1mm,L4-L5椎管容积依次增加4.3%、5.9%、7.2%、5.3%,L4-L5椎间孔面积依次增加8.7%、12.9%、12.4%、14.3%。单独延长L5椎弓根时,正常组、中央型狭窄组、侧隐窝型狭窄组、椎间孔型狭窄组平均每延长lmm,L4-L5椎管容积依次增加4.6%、5.0%、7.3%、5.7%,L4-L5椎间孔面积依次增加7.2%、10.4%、9.7%、6.7%。同时延长L4和L5椎弓根时,正常组、中央型狭窄组、侧隐窝型狭窄组、椎间孔型狭窄组平均每延长1mm,L4-L5椎管容积依次增加8.8%、10.0%、13.1%、10.8%,L4-L5椎间孔面积依次增加14.0%、15.5%、14.6%、16.9%。结论1.经腰椎弓根延长术后,椎管狭窄组的L4-L5椎管容积和椎间孔面积显著扩大,增加百分比高于正常对照组。侧隐窝型狭窄组患者椎管容积扩大效果优于中央型和椎间孔型椎管狭窄组。腰椎弓根延长术对侧隐窝型椎管狭窄患者,减压效果更好。2.就扩大L4-L5椎间孔面积而言,单独延长L4椎弓根优于单独延长L5椎弓根。对需要解除椎间孔部位神经压迫患者,单独延长L4椎弓根作为首选。
【关键词】：腰椎弓根延长 椎管狭窄 神经根 应用解剖 椎管容积 椎间孔面积 三维重建 数字解剖
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R687.3;R322
【目录】：

• 摘要3-12
• ABSTRACT12-24
• 前言24-27
• 第一章 腰椎椎弓根延长术截骨部位与邻近神经结构的解剖学研究27-42
• 1 材料与方法27-31
• 2 结果31-36
• 3 讨论36-39
• 4 结论39
• 参考文献39-42
• 第二章 椎弓根延长距离影响腰椎椎管狭窄的椎管容积与椎间孔面积的数字解剖学研究42-68
• 1 材料与方法42-51
• 2 结果51-59
• 3 讨论59-63
• 4 结论63-64
• 参考文献64-68
• 全文小结68-69
• 中英文缩略词对照表69-70
• 攻读硕士期间成果70-72
• 致谢72-74

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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中国硕士学位论文全文数据库 前6条

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本文编号：383382