En anatomisk undersøgelse af den syvende halshvirvels rygmarvsproces baseret på tredimensionel computertomografisk rekonstruktion

Indledning

Når man sænker hovedet, buler rygmarvsprocessen (SP) af den syvende halshvirvel (C7) hos mennesker ud mod huden og danner en betydelig fremspring på bagsiden af nakken. C7 identificeres normalt ved en lang, kølleformet og ugrenet SP(1-3), der betegnes vertebra prominens(4). C7 udgør den nederste del af halshvirvelsøjlen og forbindes med den øverste del af brysthvirvelsøjlen, T1, for at danne det cervicothorakale knudepunkt, også kaldet C7-T1. C7 markerer således overgangsniveauet fra det dynamiske cervikale segment til det relativt ufleksible thorakale segment af rygsøjlen (1). C7 er desuden det punkt, hvor den cervikale lordose vendes til en thorakal kyfose, hvilket gør C7 anatomisk set unikt (5). Af alle cervikale skader forekommer 9 % på C7-segmentet, og C7’s morfologi, som udviser interregionale, interetniske og individuelle variationer, kan påvirke de kirurgiske tilgange (6). Derfor er C7’s morfologi et klinisk vigtigt område af interesse i klinisk praksis (1).

Dertil kommer, at C7-SP er af afgørende betydning for kliniske undersøgelser, diagnostiske og terapeutiske indgreb og forskellige typer kirurgi, der involverer halsen. F.eks. anvendes C7-SP som referencepunkt til bestemmelse af niveauet for indføring af epidurale katetre af anæstesiologer, og der anbefales et C7-T1-niveau for indføring ved cervikal interlaminær epidural steroidinjektion(7). På grund af den komplekse tilknytning af nakkemusklerne til rygmarvsprocessen bør SP desuden bevares for at reducere forekomsten af postoperativ aksial smerte (8). For det meste er lægernes beslutninger om kirurgisk behandling påvirket af de anatomiske karakteristika ved C7-SP. Ved f.eks. posteriore cervikale operationer baserer kirurgerne sig ofte på C7-SP’s morfologi, hvis operationen kun omfatter det nedre del af halshvirvelsystemet. Hvis patienten imidlertid har en bifid C7-SP, kan dette vildlede kirurgerne, hvilket kan resultere i uønskede resultater(2). På grund af den interindividuelle afvigelse af C7-SP er det desuden en udfordring at finde egnede fremgangsmåder til indsættelse af skruerne, når der udføres en posteriortfiksering af nakken. Visse undersøgelser har understreget, at en ny pedikelskrue bør indsættes på grundlag af tredimensionel (3D) rekonstruktion samt individualisering(9). Selv om adskillige undersøgelser har vurderet strukturerne af C7-SP, har de fleste af dem fokuseret på pedikelens dimensioner og vinkler, bifid tilstand og de nøjagtige måder at lokalisere C7 på (10-13).De detaljerede anatomiske egenskaber ved C7-SP er dog stadig ikke blevet belyst.

Kun få rapporter har vurderet den interindividuelle variation af C7-SP. I denne undersøgelse blev C7-SP’s anatomiske karakteristika foreløbigt målt på grundlag af 3D-computertomografirekonstruktion (CT), et billedredskab, der er blevet valideret i en række forskellige anvendelser til udøvelse af rygkirurgi (14). Formålet med denne undersøgelse var at udforske de anatomiske egenskaber ved C7-SP, hvilket kan lette diagnosticering og behandling af tilstande, der involverer halshvirvelsøjlen.

Patienter og metoder

Personer

I alt 245 personer blev indskrevet fra januar2016 til august 2017 på Affiliated Traditional Chinese MedicineHospital of Southwest Medical University (Luzhou, Kina). Før undersøgelsen startede, blev der indhentet godkendelse fra den etiske inspektionskomité for Affiliated Traditional Chinese Medicine Hospital of Southwest Medical University, som frafaldt kravet om informeret samtykke på grund af den retrospektive karakter.CT-dataene af C7 blev indsamlet på Radiology Department of the Affiliated Traditional Chinese Medicine Hospital of Southwest Medical University. Alle patienter var Han-kinesere og >18 år gamle på tidspunktet for CT-scanningen. De fleste af patienterne var blevet helbredsundersøgt, og resten fik en særlig undersøgelse af rygsøjlen, da de var faldet før ansættelsen eller havde været udsat for uheldige stød, hvilket kan have skadelig indvirkning på rygsøjlen. Personer med medfødte rygmarvsmisdannelser, rygmarvspatologi (herunder spondylolistese, retrolistese eller diskusrumskollaps), rygmarvsvariation og personer, der havde gennemgået rygmarvskirurgi, blev udelukket.

3D-rekonstruktions-CT

En spiral-CT-scanner (Somatom Emotion; Siemens AG,München, Tyskland) blev anvendt med følgende scanningsbetingelser: spænding, 130 kV; strøm, 180 mA; tykkelse, 0,75 mm; og matrixstørrelse, 512×512. Desuden blev der anvendt CARE Dose 4D-teknikken i undersøgelsen. Alle patienter blev holdt i rygliggende stilling under scanningen. 3D-billederne blev lagret på Picture ArchivingCommunication System (PACS version 4.0; DJ HealthUnion SystemsCorporation, Shanghai, Kina). Dette var et system til registrering og lagring af røntgenbilleder, der gør det muligt at lagre et stort antal billeder og give adgang fra enhver station på et netværk. Ud over disse lagringsfaciliteter indeholdt PACS også et følsomt måleværktøj. Efter 3D-rekonstruktionen blev C7 analyseret individuelt. Typiske C7-billeder blev erhvervet ved at justere position og størrelse, øge kontrasten og foretage andre billedjusteringer på CT-arbejdsstationen før målingen.

Måling af C7-SP-parametre

Alle målinger blev udført af tre radiologer, der havde udført CT-associeret arbejde i >5år på radiologisk afdeling af det tilknyttede hospital for traditionel kinesisk medicin ved Southwest Medical University. De laterale, overlegne og posteriore aspekter af C7-billederne blev gemt særskilt i PACS. Forud for målingen blev C7 placeret i forskellige planer for hver parameter. Den minimale afstand var 0,01 cm og den minimale vinkel var 1°. Afstanden mellem grænserne af venstre eller højre tværfag og spidsen af SP i det øverste aspekt (DLTS eller DRTS) og afstanden mellem spidsen af C7-SP og det mediale punkt af rygmarvskanalens bagkant i lateralt aspekt, kaldet længden af SP (LSP), blev bestemt. Vinklen af SP-afvigelsen (∠α) blev målt som vinklen mellem SP’s længdeakse og hvirvlens medianlinje i det øverste aspekt. ∠β blev defineret som vinklen mellem SP’s længdeakse og den linje, der krydsede spidserne af de bilaterale tværprocesser. ∠γ blev målt som vinklen mellem den lodrette akse og SP’s lange akse i det laterale aspekt. Alle ovennævnte målinger er angivet i fig. 1. Alle forsøgspersoner i denne undersøgelse blev grupperet efter C7-SP’s afvigelsesretning: afvigende til højre (DR-gruppen), afvigende til venstre (DL-gruppen) og ingen afvigelse (ND-gruppen) (fig. 2).

Statistisk analyse

En statistisk analyse blev udført ved hjælp af SPSS, version 20.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA). Mængden af mænd og kvinder i hver gruppe blev udtrykt som hyppigheder og procenterog blev analyseret ved χ2-test. Alder og parametre for C7 blev udtrykt som middelværdi ± standardafvigelse. For at bestemme normalfordelingen blev der udført Kolmogorov-Smirnov- og Shapiro-Wilktest for at bestemme den normale fordeling. Envejs variansanalyse blev anvendt til at sammenligne alder og parametre for C7 i de tre grupper, og Student-Newman-Keuls-testen blev anvendt som post hoc-test. P<0,05 blev anset for at indikere en statistisk signifikant forskel.

Resultater

I alt 245 forsøgspersoner blev indskrevet i nærværende undersøgelse, og antallet af patienter i DL-gruppen var 94, som bestod af 43 mænd (17,55%) og 51 kvinder (20,82%), og gennemsnitsalderen var 47,23 ± 12,78 år (interval 21-80 år). DR-gruppen bestod af 133 patienter med en gennemsnitsalder på 47,95 ± 14,27 år (interval 19-89 år) og omfattede 64 mænd (26,12 %) og 69 kvinder (28,16 %). ND-gruppen omfattede 18 personer, herunder 5 mænd (2,04 %) og 13 kvinder (5,31 %) med en gennemsnitsalder på 47,95 ± 14,27 år (25-86 år). Der blev ikke konstateret nogen statistisk signifikant forskel i alder og forholdet mellem mænd og kvinder mellem de tre grupper (tabel I).

Tabel I.

Antal hanner og hunner og alder i de tre grupper.

Der blev observeret en statistisk signifikant forskel i DLTS mellem DL- og ND-grupperne (4,69±0,53 vs. 4,41±0,54 cm; P<0,05). Desuden var DRTS i DR-gruppen signifikant forskellig fra den i ND-gruppen (4,72±0,47 vs. 4,44±0,45 cm; P<0,05). Sammenlignet med den i ND-gruppen var∠α i DL- og DR-gruppen signifikant forskellig (0 vs.4,30±2,96 og -5,17±3,35°; P<0,05); desuden var ∠α iDL-gruppen signifikant forskellig fra den i DR-gruppen(P<0,05). Endnu vigtigere var ∠β signifikant forskellig i DL-, DR- og ND-grupperne (henholdsvis 93,09 ± 3,39, 86,30 ± 3,70 og 89,72 ± 2,02°; P<0,05). Forskellene i LSP og ∠γ mellem de tre grupper var ikke signifikante (P>0,05; tabel II).

Tabel II.

Målinger i de tre grupper.

Diskussion

Den nøjagtighed, hvormed klinikere identificerer C7 ved hjælp af manuel palpation, er begrænset på grund af den interindividuelle variation i C7-SP’s morfologi (15-19).Mens flere undersøgelser har vurderet de anatomiske strukturer afC7-SP, fokuserer de fleste af dem på de mekanismer for sygdomme, der påvirker den (8,20,21). SP strækker sig fra den bageste del af hvirvelbuen og giver forbindelsespunkter for de muskler, der udgår fra nakken, herunder trapezius- og spinalismusklerne. Enden af nakkalligamentet, som støtter nakkemusklerne og forbinder kraniets hovedskalknogle med C7-hvirvelen, er fastgjort ved spidsen af torntappen. Ifølge forskellige undersøgelser spiller bevarelse af C7-SP en afgørende rolle i forebyggelsen af aksialsymptomer (22-25). Dette er en form for smerter omkring nakke og skuldre og forbliver ofte et stort problem i flere år postoperativt, selv hos patienter med fremragende neurologisk helbredelse (26,27). Desuden giver beskyttelse af C7-SP og anatomiske strukturer omkring den cervikale rygsøjle, herunder de muskler, der er knyttet til den spinøse procesus, samt de supraspinøse og interspinøse ligamenter, bedre resultater med hensyn til bevægelsesomfang og cervikale aksiale smerter (28). Det blev desuden rapporteret, at det er nødvendigt for rygmarvskirurgen at have et tilstrækkeligt kendskab til C7-morfologien for at undgå skader på de vertebrale arterier, rygmarv eller nerverødder under fiksationsindgreb, der involverer den posteriore halshvirvelsøjle (29). Det cervicothorakale knudepunkt er en udfordrende anatomisk overgang, der inspirerer til kirurgi. Sammenlignet med alle andre halshvirvler har C7 forholdsvis bredere laminae, større pedikler, mindre laterale masser og en lang, ikke-bifid procesus spinalis. Disse egenskaber gør det muligt at anvende en række forskellige kirurgiske metoder til at anvende posteriort stiv instrumentering i form af forskellige typer af skruer, herunder lateral masse, pedikel, transfacet og intralaminære skruer (1).

I denne undersøgelse blev alle forsøgspersoner grupperet efter SP-afvigelsesvinklen. Sammenlignet med den iND-gruppen var ∠α i DL- og DR-grupperne signifikantforskellig. Det blev antydet, at der fandtes en afvigelse af C7-SP, og at det var muligt at foretage en foreløbig gruppering af alle C7’er efter deres ∠α. Da alder og forholdet mellem mænd og kvinder ikke var signifikant forskelligt mellem grupperne, var grupperingen desuden ikke påvirket af alder og forholdet mellem mænd og kvinder.

Efter grupperingen blev der ikke konstateret nogen signifikante forskelle i ∠γ og LSP mellem de tre grupper (P>0,05). Der var blevet udført adskillige andre undersøgelser for at måle LSP. Bazaldua etal (30) undersøgte morfometrien af halshvirvlerne C3-7 i en befolkning fra det nordøstlige Mexico og målte afstanden fra den øverste kant til spidsen af SP i det sagittale plan for at bestemme en middelværdi på 29,12±5,86 mm, hvilket var i overensstemmelse med resultaterne af denne undersøgelse. I andre undersøgelser blev der imidlertid opnået værdier på 22,19±2,02 og 22,78±2,03 mm (31,32), hvilket var mindre end resultatet af denne undersøgelse. Disse afvigelser kan skyldes de forskellige målekriterier, interregionale eller etniske forskelle og statistiske fejl.

I nærværende undersøgelse var forskellen i DLTS mellem DL- og ND-grupperne desuden statistisk signifikant (4,69±0,53 vs. 4,41±0,54 cm; P<0,05). Der blev også observeret en statistisk signifikant forskel i DRTS mellem DR- og ND-grupperne (4,72 ± 0,47 mod 4,44 ± 0,45 cm; P<0,05). Dette indikerede, at den retning, som SP afveg til, havde en længere afstand mellem den tværgående proces og SP. Dette kan skyldes rotationen af hvirvelkroppen. Det er nødvendigt at udarbejde strengere målemetoder for at reducere disse fejl. Endnu vigtigere er det, at der også blev observeret statistisk signifikante forskelle i ∠βmellem de tre grupper (P<0,05). Denne parameter afspejler vinklen mellem den tværgående proces og SP, og den er af afgørende betydning for operationer, der indebærer eksponering af den posterolaterale del af C7. Desuden blev det rapporteret, at den mest effektive type posteriore fiksering ved cervicothoracalunionen var en pedikelskruefiksering på grund af C7’s særlige karakteristika (7,33-36).Kajino et al (37) undersøgte den kirurgiske anatomi for pedikelskrueplacering i halshvirvelsøjlen. De bekræftede, at den ideelle posteriore indgang til skrueindsættelse var 2,5 mm medial i forhold til lateralkanten af lateralmasserne, at den korrekte indsættelsesvinkel var ~45°, og at den kritiske værdi for indsættelsesdybden var 13-14 mm. Lee et al (38) undersøgte den anatomiske gennemførlighed af posteriore cervikal pedikelskrueplacering hos børn med CTanalyse og argumenterede for, at muligheden for subaxial lateral masseskruefiksering skal undersøges med en mere skræddersyet metode. I denne undersøgelse accepterede alle målene før målingen CTscan. Værdien af CT til påvisning af rygmarvsbrud er velkendt.I modsætning til konventionel røntgenanalyse giver CT-scanning detaljeredebilleder af mange vævstyper samt knogler og blodkar. CT er således blevet anvendt på kliniske områder, herunderdiagnose af sygdomme og anatomisk analyse (39-41).Ifølge Food and Drug Administration er CT-scanning en hurtig procedure og giver en nøjagtig evaluering af knogler og de mest bløde væv. Ved hjælp af det nyeste udstyr kan rygsøjlen vises i flere planer, og der kan rekonstrueres 3D-billeder. I den foreliggende undersøgelse blev scanningsbillederne rekonstrueret i 3D-modeller.Sammenlignet med konventionelle 2D-billeder kan 3D-billeder give større fremskridt i klinikken. Desuden blev disse CT-billeder taget fra helikale CT’er, som gav tilstrækkelige data til at skabe 3D-billeder.

Denne undersøgelse havde visse begrænsninger. For det første blev parametrene for C7-SP målt på PACS, hvor spidserne eller de mediale dele af strukturerne blev bestemt af treeradiologer. Der er behov for et mere avanceret måleværktøj for at give nøjagtige resultater. Desuden blev kun C7-SP hos kinesiske patienter fra det tilknyttede hospital for traditionel kinesisk medicin ved Southwest Medical University vurderet, og patienter i alderen <18 år blev udelukket; der kan udføres yderligere undersøgelser på andre hospitaler for andre befolkningsgrupper/etniciteter og mindreårige forsøgspersoner. Desuden blev der ikke udført nogen kadaverundersøgelse af C7-SP i denne undersøgelse, hvilket kan være formålet med en fremtidig undersøgelse.

Sammenfattende blev flere parametre af C7-SP målt præcist på grundlag af 3D-CT’en. Det blev konstateret, at det på trods af patienternes forskellige alder og køn var muligt foreløbigt at gruppere dem alle efter C7-SP-afvigelsen. Disse resultater kan støtte fremtidige diagnoser og behandlinger og mindske forekomsten af fejldiagnoser. Desuden kan den foreliggende undersøgelse danne grundlag for yderligere undersøgelser af C7.Bortset fra afvigelsen af C7-SP mangler det at blive fastslået, om der er en sammenhæng med andre parametre.Derfor er der behov for flere undersøgelser for at vurdere sammenhængen mellem C7-SP, de knoglestrukturer og væv, der omgiver den.

Anerkendelser

Ikke relevant.

Finansiering

Dette arbejde blev støttet af Academician WorkstationConstruction Project of Luzhou (Luzhou, Kina; bevilling nr.20180101).

Tilgængelighed af data og materialer

De analyserede datasæt, der blev genereret under undersøgelsen, er tilgængelige fra den tilsvarende forfatter på rimelig anmodning.

Autors bidrag

Undersøgelsen blev designet af LZ. Patienterne blev rekrutteret af ZL, HW, LR, FY, TG og SF. De billeddannende målinger blev foretaget af ZL, LR og FY. Den statistiske analyse blev foretaget af LZ og HW. LZ, ZL, TG og SF skrev manuskriptet.

Etisk godkendelse og samtykke til deltagelse

Alle procedurer blev godkendt af den etiske komité for det tilknyttede hospital for traditionel kinesisk medicin på Southwest Medical University (Luzhou, Kina; nr. SWMCTCM2017-0810) og registreret som et klinisk forsøg (ChiCTR-BOC-17012270) og blev udført i overensstemmelse med Helsingfors-erklæringen fra 1964 og dens senere ændringer eller tilsvarende etiske standarder. Der blev indhentet informeret samtykke fra alleindividuelle deltagere, der indgik i undersøgelsen.

Samtykke til offentliggørelse