影像技术在上颈椎手术中的应用进展*

黄 觅，郭 亮综述，李晓兰△审校（重庆医科大学附属大学城医院：.放射科；.骨科，重庆4033）

颅颈交界区主要由枕寰关节和寰枢关节组成，这2个关节毗邻复杂的神经及血管系统同时承担了整个颈椎大部分的活动[1]。颅颈交界区损伤严重可致患者四肢瘫痪甚至死亡，因此，常需要积极的手术治疗来解除上颈髓的压迫，恢复颅颈交界区的稳定性。目前最常用的上颈椎内固定术有Magerl螺钉内固定技术和C2椎弓根联合C1侧块螺钉内固定技术[2]。由于上颈椎损伤的复杂性及个人解剖结构的变异，个体化手术治疗显得尤为重要，各种影像技术成为外科医生术前制订手术方案、术中监视及术后随访必要的辅助手段。本文将从上颈椎手术的各个阶段探讨影像技术在其中的应用。

1 影像技术在上颈椎手术前的应用

1.1 术前诊断 术前准确的诊断是保证患者接受安全有效治疗的重要前提，影像学检查能够提供直观、可靠的证据。X线平片是简单、经济的检查方式，常规体位有颈椎张口位、颈椎侧位及颈椎过伸过屈位，主要观察内容为上颈椎诸骨有无骨折及寰枢椎有无不稳或脱位。目前，国内外常用量化指标为寰齿前间隙（ADI）及寰枢椎管储备间隙（SAC）等。ADI值即为寰椎前结节后缘与齿状突前缘间的距离，健康人的ADI值在颈椎运动时是一个较为固定的数值，成人不超过3 mm，儿童不超过5 mm，若超过以上数值，则考虑为寰枢椎脱位；SAC值即枢椎齿状突后缘与寰椎后弓前缘的间隙，如果该间隙小于14 mm则患者可能有瘫痪的风险；YANG等[3]指出，寰椎后弓前缘与其下方颈椎椎板与棘突交点应在同一条弧线上，若寰椎后弓前缘超出该弧线，则提示寰枢椎脱位。X线平片检查虽经济快捷，但其为重叠影像，信息提供有限，并且在颈椎过伸过屈位检查时加重患者症状，甚至患者危及生命，所以该检查不作为必要或唯一的检查方式。

CT检查可更加立体地观察枕寰关节及寰枢关节各个骨质结构及其对应关系的异常，评估骨质结构的损伤情况，并判断其稳定性，而这往往是决定是否行手术治疗的关键[4]。Ⅲ型枕髁骨折[5]被认为是不稳定骨折，因骨折部位为翼状韧带附着处，骨折片易受该韧带牵拉而移位，有可能因为骨折片的移位导致相应的神经症状而需要手术治疗。单纯的寰椎骨折通常较稳定，很少导致神经症状[6]，若明确寰椎横韧带受损或寰椎前弓断端明显移位者则需手术治疗。齿突骨折占枢椎骨折的大部分[7]，Ⅰ型和Ⅲ型齿突骨折[8]考虑为稳定骨折，临床上常采用颈托或Halo支架即可达到满意疗效[9]；Ⅱ型齿突骨折[8]即齿突基底部骨折为发生率最高的齿突骨折类型，若采用非手术治疗，一部分患者最终表现为齿突骨折不愈合，特别容易发生在50岁以上的患者和齿突移位超过5 mm的情况[10]，因此则必须选择手术治疗。

CT除了可以观察上颈椎骨折类型并进行分类外，还有其特殊的技术优势即CT血管造影（CTA）检查。由于上颈椎解剖位置险要，毗邻重要血管结构如椎动脉及颈内动脉；因此，在上颈椎损伤的患者中，因移位的骨质结构造成的血管损伤并不少见，在CTA上表现为血管管腔的异常或假性动脉瘤形成等，通过CTA尽早地识别血管损伤，在没有明显临床表现阶段及时应用抗血栓等药物治疗，能够最大限度地改善患者的预后，而部分患者没有及时考虑到血管的损伤而失去了适当的治疗干预时机，最终导致相应的缺血症状，死亡率高达38%[11]。与数字减影血管造影（DSA）及磁共振血管造影（MRA）相比，CTA具有较少的侵入性操作、检查时间短及更高的诊断准确率等优势[12]。

上颈椎的稳定在很大程度上依靠其发达的韧带系统，其中翼状韧带及横韧带最为重要，翼状韧带连于枕髁的下内侧缘与齿突上1/3的后外侧缘，形似蝶翼，限制头部过度旋转，防止寰枢关节侧方脱位；横韧带连接于寰椎左右侧块的内侧面，是颅颈交界区最坚韧的韧带，其限制齿突的活动，防止寰椎向前脱位[13]。磁共振成像（MRI）检查被认为是诊断韧带损伤的“金标准”[14]，同时对脊髓、周围软组织的损伤及骨挫伤的显示效果也是独一无二的。上颈椎的韧带结构在MRI各成像序列上均表现为连续的低信号影，韧带损伤或断裂时表现为低信号影，失去正常的连续性，并因出血或水肿而呈现不同程度的高信号影。脊髓损伤时表现为脊髓增粗，信号混杂，多数呈长T2信号，严重时可见出血信号显示；骨挫伤时，X线平片及CT无明确显示，而仅表现为MRI骨髓信号异常，特别是脂肪抑制序列，对骨髓的病变敏感度高，骨挫伤抑脂序列表现为高信号。

在判断上颈椎损伤的稳定性上，CT与MRI常常是2种互补的检查，往往需要综合CT及MRI的结果来决定是否需要手术治疗。当仅有韧带损伤而无骨质结构损伤时，X线平片及CT检查均为阴性，但可表现为较重的临床症状如颈部疼痛、活动受限等，如果此时没有进行准确的判断及适当的治疗，则可能造成严重的后遗症。JOAQUIM等[15]认为，明确的韧带损伤即考虑为选择外科手术治疗的指征。

1.2 手术方案的选择及钉道设计 借助各种影像技术，外科医生能够明确患者上颈椎受损的具体情况，从而选择有效可行的手术方案。上颈椎内固定术主要分为枕颈融合术和寰枢椎内固定术，后者根据手术入路的不同又分为前路技术和后路技术。前路技术主要有前路钢板固定、前路经寰枢关节突螺钉内固定术、齿突螺钉内固定术、前路经枢椎体至寰椎侧块螺钉内固定术；后路技术主要有钢丝固定术、椎板夹固定术、经C1侧块联合C2椎弓根螺钉内固定及Magerl螺钉内固定术。因追求内固定的稳定性，钢丝及钢板固定术现已基本淘汰。前路手术需经口入路，其技术要求比较高、并发症多，可能引起灾难性的医源性上颈髓损伤，其咽后间隙感染的概率也较大，而后路内固定术具有手术视野好、显露容易、操作相对安全简便及并发症少等优势，但在齿状突Ⅱ型骨折及部分不可复性寰枢椎脱位中前路手术减压效果更好[16]。枕颈融合术在一定程度上限制了患者术后的颈部活动度，但一些情况如先天性寰枕关节异常、颅底凹陷征及寰椎粉碎性骨折等为枕颈融合术的手术指征。在实际情况中，常常需根据患者的具体情况进行多种内固定术的综合应用。

由于颅颈交界区域解剖结构的复杂性及多变性，即使大致确定了手术方式后，还需通过CT重建及CTA图像对患者寰枢椎各个解剖结构进行影像学测量，并模拟理想置钉轨迹观察其与周围结构的关系，从而选择螺钉的进针点、进针角度、螺钉大小及长度，为实际手术操作提供参考。常用测量指标为寰椎前后弓及侧块、枢椎椎体及峡部的长度、宽度及高度，一些特殊的解剖学变异成为各种置钉方法的主要限制条件。对需行寰椎椎弓根螺钉内固定的患者，因寰椎后弓表面椎动脉经此处横行入颅而存在较大的解剖变异，椎动脉沟处寰椎后弓小于4 mm一直被认为是寰椎椎弓根置钉的相对禁忌，而TAN等[17]认为这种情况可行寰椎椎弓根显露技术对寰椎进行置钉。寰椎后弓区域影响置钉的变异还有骨桥的形成和椎动脉V3段的血管变异，骨桥指寰椎后弓的骨性突起结构，可完全或部分包绕椎动脉[18]，当患者存在这些结构变异时，若行常规置钉则必然会损伤椎动脉，此时若发生在单侧则可放弃一侧置钉，若为双侧则改变置钉方式，避免伤及椎动脉造成灾难性后果。高骑动脉在CT旁矢状位上枢椎椎弓峡部厚度小于5 mm和（或）高度小于2 mm，同时在横轴位枢椎椎弓峡部宽度小于4 mm时定义为枢椎椎弓根狭窄[19]，这2种解剖变异增加了枢椎椎弓根螺钉及Magerl螺钉置入穿透骨皮质损伤椎动脉的概率，所以，术者在术前需仔细规划螺钉通道，避免损伤椎动脉。

2 影像技术在术中、术后的应用

即使术者在术前规划了患者的螺钉置入路径，在实际情况中若在非可视操作下进入上颈椎进行立体操作，会进一步增加手术风险。为了保证术中操作不伤及周围重要结构，达到准确置钉的目的，外科医生常需要借助术中计算机辅助导航系统来提高手术的安全性。根据成像方式不同，目前较为广泛应用的导航系统主要有 3 种：（1）“C”或“G”型臂透视导航；（2）CT 三维图像导航；（3）Iso-C术中即时三维导航。3种方法各有优缺点。C型臂透视导航在术中可获取实时图像，但是图像为二维的重叠影像，阅读这类图像并准确置钉需要术者有一定的临床经验。CT导航为三维导航，图像形象直观，能够更精确地引导置钉轨迹，但CT导航主要获取的是患者术前的影像资料，若术中患者体位变动，则使得图像与真实解剖情况存在较大差异，有可能误导术者。而且使用CT导航需在术中充分暴露骨性结构，使其在微创手术的应用中受到限制。而Iso-C术中即时三维导航同时具有实时性及三维成像功能，且术中暴露范围小，有助于微创手术的发展，唯一的缺点是所得图像较CT图像粗略，但在术中并不影响手术操作。YANG等[20]将42例寰枢椎不稳患者随机分为两组，两组患者均行寰枢关节突螺钉内固定术，分别在术中使用C型臂透视导航和Iso-C术中即时三维导航，最后统计数据发现Iso-C术中即时三维导航较C型臂透视导航有更准确的置钉率，更少的术中曝光时间和术中出血量，且并不会增加术前准备时间，是安全有效的寰枢关节突螺钉内固定术中导航系统。

患者在接受上颈椎内固定术后的疗效评价及随访中，影像检查结果是非常重要的评价指标。X线平片及CT是主要的检查方式，可观察患者内固定器有无松动、断裂，枕寰关节及寰枢关节各对位关系是否恢复正常，创伤患者骨折断端是否骨性融合等，其中ADI是较为常用的指标[21]。外科医生可通过影像资料结合患者临床表现来判断手术疗效及评价患者是否需要再次手术。

3 计算机辅助下影像技术在上颈椎手术中的基础研究

目前，在上颈椎内固定术中，影像技术的应用已不单单局限于对解剖结构的观察，临床上将影像技术结合多种技术开展了新的研究方向。在CT薄层扫描数据的基础上利用3D建模软件及快速成型技术对上颈椎进行3D建模并设计制作椎体导航模板辅助上颈椎置钉，能够使置钉更加精确。SUGAWARA等[22]将12例患者术前上颈椎薄层CT扫描数据输入Ziostation软件进行3D建模并设计出螺钉置入最佳轨迹，再利用逆向工程技术和3D打印技术设计并制作了上颈椎模型及上颈椎置钉导航模板，导板主要由基板和导向管组成，基板基本完全贴合于与椎体接触表面，导向管与设计的最佳轨迹方向一致，然后分别对12例患者进行了C1侧块联合C2椎弓根螺钉置入，共置钉48颗，术中均未伤及静脉丛及C2神经根，术后CT显示螺钉均未穿破骨皮质，较好地验证了快速成型导航模板在上颈椎螺钉内固定中应用的有效性。此外，外科医生可对患者的上颈椎实物模型进行模拟手术，使术者在术前对患者病灶的具体情况及手术操作过程有一定的了解，可大大减少手术时间，并降低手术的风险，提高手术的安全性。

生物力学研究是分析上颈椎稳定性的重要手段。将上颈椎CT数据结合有限元建模软件进行生物力学研究，具有可研究各类型内固定的外部力学特性，同时可研究内部应力变化及可重复性等优点[23]。郭群峰等[24]对健康志愿者的颈椎进行了薄层CT扫描，通过Geomagic 8.0软件对CT数据进行了一系列处理，模拟了皮质骨松质骨、韧带及椎间盘结构，得到了带有颅底的全颈椎（C0～C7）三维有限元实体模型，并对模型分别施加6个自由度方向的纯扭矩，来模拟颈椎屈伸、左右侧弯、左右旋转6个活动。研究证明，这个颈椎三维有限元模型能够较好模拟颈椎包括枕颈部全部节段的运动，应用该模型可研究颈椎损伤机制及评估不同置钉方式对颈椎的生物力学影响，可以使所得结果更加准确，但是，目前国内外对颈椎的生物力学研究普遍忽略了肌肉组织的影响[25]，这些问题还有待于后续的进一步研究。

4 小 结

上颈椎解剖结构复杂、变异较多，使得上颈椎手术难度较大，各种影像技术的应用基本贯穿上颈椎手术的整个过程，术后疗效随访很大一部分也是依赖影像技术来进行。在术前诊断中，常常需要X线平片、CT及MRI 3种检查方法相互补充，以降低误诊率及漏诊率。根据影像资料可对患者解剖结构特别是解剖变异进行测量观察，设计最佳手术方案，并利用术中基于影像技术的计算机导航系统准确置钉，以避免对周围重要血管及神经的损伤。近年来，利用影像数据对上颈椎进行3D建模及生物力学分析的研究越来越多，相信随着各种影像技术应用的逐步完善，上颈椎手术效果能够得到更好的保障。

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