An anatomical study of the spinous process of the seventh cervical vertebrae based on the three-dimensional computed tomography reconstruction

Introduction

Upon lowering the head, the spinous process (SP) ofthe seventh cervical vertebrae (C7) of humans bulges to the skin andforms a significant eminence on the back of the neck. Kręg C7 jest zwykle identyfikowany przez długi, maczugowaty i nierozgałęziony wyrostek kolczysty (SP)(1-3), określany jako vertebra prominens(4). C7 reprezentuje dolną część kręgosłupa szyjnego i łączy się z górną częścią kręgosłupa piersiowego, T1, tworząc połączenie szyjno-piersiowe, określane również jako C7-T1. Jest to punkt, w którym lordoza szyjna zmienia się w kifozę piersiową, co czyni C7 anatomicznie wyjątkowym (5). Spośród wszystkich urazów szyjnych, 9% występuje w odcinku C7, a morfologia C7, która wykazuje różnice międzyregionalne, międzyetniczne i indywidualne, może wpływać na podejście chirurgiczne (6). Thus, themorphology of the C7 is a clinically significant area of interestin clinical practice (1).

In addition, C7-SP is of vital importance forclinical examinations, diagnostic and therapeutic interventions andvarious types of surgery involving the neck. For instance, C7-SP is used as a point of reference for determining the level to insertepidural catheters by anesthesiologists, and a C7-T1 level of entryis recommended for cervical interlaminar epidural steroid injection(7). Dodatkowo, ze względu na skomplikowane połączenie mięśni karku z wyrostkiem kolczystym, SP powinno być zachowane w celu zmniejszenia częstości występowania pooperacyjnego bólu osiowego (8). W większości przypadków decyzje dotyczące leczenia operacyjnego podejmowane przez lekarza zależą od cech anatomicznych C7-SP. Na przykład, wykonując operacje w tylnej części odcinka szyjnego, chirurdzy często polegają na morfologii C7-SP, jeśli operacja dotyczy tylko dolnego odcinka szyjnego. Jeśli jednak u pacjenta występuje dwudzielne C7-SP, może to wprowadzać chirurgów w błąd, co może skutkować niepożądanymi rezultatami(2). Ponadto, ze względu na indywidualne odchylenia C7-SP, identyfikacja odpowiedniego podejścia do wprowadzenia śrub podczas tylnej fiksacji szyi jest trudna. W niektórych pracach podkreślano, że nowa śruba wieńcowa powinna być wprowadzana na podstawie rekonstrukcji trójwymiarowej (3D) oraz indywidualizacji(9). Chociaż w licznych badaniach oceniano strukturę C7-SP, większość z nich koncentrowała się na wymiarach i kątach szypuły, stanie rozwidlenia i dokładnych sposobach lokalizacji C7 (10-13).Jednakże szczegółowa charakterystyka anatomiczna C7-SP pozostała niewyjaśniona.

Tylko kilka doniesień oceniało wewnątrz-indywidualną zmienność C7-SP. W obecnym badaniu, cechy anatomiczne C7-SP zostały wstępnie zmierzone na podstawie rekonstrukcji tomografii komputerowej 3D (CT), narzędzia obrazowania, które zostało zatwierdzone w różnych zastosowaniach w praktyce chirurgii kręgosłupa (14). Celem obecnego badania było zbadanie cech anatomicznych C7-SP, które mogą ułatwić diagnozowanie i leczenie schorzeń dotyczących kręgosłupa szyjnego.

Pacjenci i metody

Przedmioty

Ogółem 245 uczestników badania zostało zapisanych od stycznia 2016 r. do sierpnia 2017 r. w Affiliated Traditional Chinese MedicineHospital of Southwest Medical University (Luzhou, Chiny). Przed rozpoczęciem badania uzyskano zgodę od EthicalInspection Committee of the Affiliated Traditional Chinese MedicineHospital of Southwest Medical University, która odstąpiła od wymogu świadomej zgody ze względu na retrospektywny charakter.Dane CT z C7 zostały zebrane w Zakładzie Radiologii ofthe Affiliated Traditional Chinese Medicine Hospital of SouthwestMedical University. Wszyscy pacjenci byli Chińczykami Han i byli w wieku >18 lat w czasie badania CT. Większość pacjentów została poddana badaniu stanu zdrowia, a pozostali zostali poddani specjalnemu badaniu kręgosłupa, ponieważ upadli przed rekrutacją lub doznali przypadkowych uderzeń, które mogą mieć negatywny wpływ na kręgosłup. Wykluczono osoby z wrodzonymi wadami rozwojowymi kręgosłupa, patologią kręgosłupa (w tym spondylolistezą, retrolistezą lub zapadnięciem się przestrzeni międzykręgowej), zmiennością kręgosłupa oraz osoby, które miały operacje podkręgosłupowe.

Tomograf komputerowy z rekonstrukcją 3D

Użyto spiralnego tomografu komputerowego (Somatom Emotion; Siemens AG,Monachium, Niemcy) z następującymi warunkami skanowania: napięcie, 130 kV; prąd, 180 mA; grubość, 0,75 mm; rozmiar matrycy, 512×512. Dodatkowo w badaniu zastosowano technikę CARE Dose 4D. Wszyscy pacjenci podczas skanowania znajdowali się w pozycji leżącej. Obrazy 3D zapisywano w systemie Picture ArchivingCommunication System (PACS wersja 4.0; DJ HealthUnion SystemsCorporation, Shanghai, China). Był to system do rejestracji i przechowywania obrazów radiograficznych, pozwalający na przechowywanie dużej liczby obrazów i umożliwiający dostęp z dowolnej stacji sieciowej. Oprócz funkcji przechowywania, PACS zawierał również czułe narzędzie pomiarowe. Po rekonstrukcji 3D, C7 był indywidualnie analizowany. Typowe obrazy C7 uzyskano poprzez dostosowanie pozycji i rozmiaru, zwiększenie kontrastu i dokonanie innych dostosowań obrazu na stacji roboczej CT przed pomiarem.

Pomiar parametrów C7-SP

Wszystkie pomiary zostały wykonane przez trzech teradiologów, którzy wykonywali prace związane z CT przez >5 lat w Zakładzie Radiologii Szpitala Medycyny Tradycyjnej Południowej Zachodniej Akademii Medycznej. Thelateral, superior and posterior aspects of C7 images were savedseparately in the PACS. Przed pomiarem, C7 została umieszczona w różnych płaszczyznach dla każdego parametru. Minimalna odległość wynosiła 0,01cm, a minimalny kąt 1°. Określano odległość pomiędzy granicami lewego lub prawego wyrostka poprzecznego a wierzchołkiem SP w aspekcie górnym (DLTS lub DRTS) oraz odległość pomiędzy wierzchołkiem C7-SP a przyśrodkowym punktem tylnej części kanału kręgowego w aspekcie bocznym, określaną jako długość SP (LSP). Kąt odchylenia SP (∠α) mierzono jako kąt pomiędzy osią długą SP a linią pośrodkową kręgu w projekcji górnej. ∠β został zdefiniowany jako kąt pomiędzy długą osią SP a linią przecinającą wierzchołki obustronnych wyrostków poprzecznych. ∠γ został zmierzony jako kąt pomiędzy osią pionową a osią długą SP w aspekcie bocznym. Wszystkie wyżej wymienione pomiary przedstawiono na rycinie 1. Wszyscy uczestnicy badania zostali pogrupowani według kierunku odchylenia C7-SP: odchylenie w prawo (grupa DR), odchylenie w lewo (grupa DL) i brak odchylenia (grupa ND) (ryc. 2).

Analiza statystyczna

Analizę statystyczną przeprowadzono przy użyciu programu SPSS, wersja 20.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA). Ilości samców i samic w każdej grupie wyrażono jako częstości i procenty i analizowano testem χ2. Wiek i parametry C7 były wyrażone jako średnia ± odchylenie standardowe. W celu określenia normalności rozkładu przeprowadzono testy Kołmogorowa-Smirnowa i Shapiro-Wilktest. Do porównania wieku i parametrów C7 w trzech grupach zastosowano jednokierunkową analizę wariancji, a testem post hoc był test Studenta-Newmana-Keulsa. P<0,05 uznano za różnicę istotną statystycznie.

Wyniki

Do badania włączono 245 osób, z czego w grupie DL było 94 pacjentów, w tym 43 mężczyzn (17,55%) i 51 kobiet (20,82%), a średni wiek wynosił 47,23±12,78 lat (zakres 21-80 lat). Grupę DR stanowiło 133 pacjentów w średnim wieku 47,95±14,27 lat (zakres 19-89 lat), w tym 64 mężczyzn (26,12%) i 69 kobiet (28,16%). Grupa ND liczyła 18 osób, w tym 5 mężczyzn (2,04%) i 13 kobiet (5,31%) w średnim wieku 47,95±14,27 lat (zakres 25-86 lat). Nie stwierdzono istotnej statystycznie różnicy w wieku i stosunku liczby kobiet do liczby mężczyzn w trzech grupach (Tabela I).

Tabela I.

Liczba mężczyzn i kobiet oraz ich wiek w trzech grupach.

Zaobserwowano statystycznie istotną różnicę w DLTS pomiędzy grupami DL i ND (4,69±0,53 vs. 4,41±0,54cm; P<0,05). Ponadto DRTS w grupie DR różnił się istotnie od DRTS w grupie ND (4,72±0,47 vs.4,44±0,45 cm; P<0,05). W porównaniu z grupą ND, ∠α w grupach DL i DR różniła się istotnie (0 vs.4,30±2,96 i -5,17±3,35°; P<0,05); ponadto ∠α w grupieDL różniła się istotnie od ∠α w grupie DR (P<0,05). Co ważniejsze, ∠β było istotnie różne w grupach DL, DR i ND (odpowiednio 93,09±3,39, 86,30±3,70 i 89,72±2,02°; P<0,05). Różnice w LSP i ∠γ pomiędzy trzema grupami nie były istotne (P>0,05; Tabela II).

Tabela II.

Pomiary w trzech grupach.

Dyskusja

Dokładność w identyfikacji C7 za pomocą ręcznej palpacji przez klinicystów jest ograniczona z powodu między-indywidualnej zmienności morfologii C7-SP (15-19).Podczas gdy kilka badań oceniało struktury anatomiczne C7-SP, większość z nich koncentruje się na mechanizmach chorób wpływających na nią (8,20,21). SP rozciąga się od tylnej części łuku kręgowego i stanowi punkty połączenia dla mięśni wychodzących z szyi, w tym mięśni trapezowych i przykręgosłupowych. Koniec więzadła karkowego, które wspiera mięśnie szyi i łączy kość potyliczną czaszki z kręgiem C7, przyczepia się na końcu wyrostka kolczystego. Według różnych badań, zachowanie C7-SP ma kluczowe znaczenie w zapobieganiu objawom osiowym (22-25). Są to dolegliwości bólowe w okolicy szyi i barków, które często pozostają głównym problemem przez kilka lat po operacji, nawet u pacjentów z bardzo dobrym stanem neurologicznym (26,27). Ponadto, ochrona C7-SP i struktur anatomicznych wokół kręgosłupa szyjnego, w tym mięśni przyczepionych do wyrostka kolczystego, jak również więzadeł nadkolcowych i międzykolcowych, zapewnia lepsze wyniki w odniesieniu do zakresu ruchu i bólu osiowego kręgosłupa szyjnego (28). Ponadto stwierdzono, że odpowiednia znajomość morfologii C7 jest niezbędna dla spinalsurga, aby uniknąć uszkodzenia tętnic kręgowych, rdzenia kręgowego lub korzeni nerwowych podczas zabiegów fiksacyjnych obejmujących tylną część kręgosłupa szyjnego (29). Połączenie szyjno-piersiowe jest trudnym przejściem anatomicznym w chirurgii. W porównaniu z innymi kręgami szyjnymi, C7 ma relatywnie szersze blaszki, większe szypuły, mniejsze masy boczne i długi, nie rozgałęziony wyrostek kolczysty. Cechy te pozwalają na zastosowanie różnych metod chirurgicznych w celu zastosowania tylnego sztywnego instrumentarium w postaci różnych rodzajów śrub, w tym śruby z masą boczną, pedicle, transfacet i intralaminarscrews (1).

W obecnym badaniu wszyscy badani zostali pogrupowani według kąta odchylenia SP. W porównaniu z grupąND, ∠α w grupach DL i DR była istotnie różna. Wskazano, że istnieje odchylenie C7-SP i że możliwe jest wstępne pogrupowanie wszystkich C7 według ich ∠α. Ponadto, ponieważ wiek i stosunek mężczyzn do kobiet nie różniły się istotnie między grupami, na grupowanie nie miały wpływu wiek i stosunek mężczyzn do kobiet.

Po grupowaniu nie stwierdzono istotnych różnic w ∠γ i LSP między trzema grupami (P>0,05). Wiele innych badań zostało przeprowadzonych w celu pomiaru LSP. Bazaldua i wsp. (30), badając morfometrię kręgów szyjnych C3-7 w populacji z północno-wschodniego Meksyku, zmierzyli odległość od górnej krawędzi do wierzchołka SP w płaszczyźnie strzałkowej, uzyskując średnią wartość 29,12±5,86 mm, która była zgodna z wynikami niniejszego badania. Natomiast w innych badaniach uzyskano wartości 22,19±2,02 i 22,78±2,03 mm (31,32), które były mniejsze od wyników niniejszego badania. Rozbieżności te mogą być wynikiem różnych kryteriów pomiaru, różnic międzyregionalnych lub etnicznych oraz błędów statystycznych.

Ponadto, w niniejszym badaniu różnica w DLTS pomiędzy grupami DL i ND była istotna statystycznie (4,69±0,53 vs. 4,41±0,54 cm; P<0,05). Stwierdzono również istotną statystycznie różnicę w DRTS pomiędzy grupami DR i ND (4,72±0,47 vs. 4,44±0,45 cm; P<0,05). Wskazuje to, że orientacja, w której dochodziło do odchylenia SP, charakteryzowała się większą odległością pomiędzy wyrostkiem poprzecznym a SP. Może to wynikać z rotacji trzonu kręgu. Konieczne jest opracowanie bardziej rygorystycznych metod pomiarowych w celu zmniejszenia tych błędów. Co ważniejsze, zaobserwowano również istotne statystycznie różnice w ∠β pomiędzy trzema grupami (P<0,05). Parametr ten odzwierciedla kąt pomiędzy wyrostkiem poprzecznym a SP i ma istotne znaczenie przy operacjach wymagających odsłonięcia tylno-bocznej części C7. Kajino i wsp. (37), badali anatomię chirurgiczną dla umieszczenia śruby wieńcowej w kręgosłupie szyjnym. Potwierdzili, że idealne tylne wejście dla wkręcenia śruby znajduje się 2,5 mm przyśrodkowo od bocznego brzegu mas bocznych, prawidłowy kąt wprowadzenia wynosi ~45°, a krytyczna wartość głębokości wprowadzenia wynosi 13-14 mm. Lee i wsp. (38) badali anatomiczną wykonalność umieszczenia śruby w tylnej części szyjki macicy u dzieci za pomocą tomografii komputerowej, argumentując, że możliwość subosiowego bocznego mocowania śruby masowej musi być zbadana za pomocą bardziej dostosowanej metody. W tym badaniu, przed pomiarem, wszystkie cele akceptowały tomografię komputerową. The value of CT in detecting spinal fractures is well known.Unlike conventional X-ray analysis, CT scanning provides detailedimages of numerous types of tissue as well as the bones and bloodvessels. Dlatego też tomografia komputerowa znalazła zastosowanie w dziedzinach klinicznych, w tym w diagnostyce chorób i analizie anatomicznej (39-41).Według Food and Drug Administration, tomografia komputerowa jest szybką procedurą i oferuje dokładną ocenę tkanek kostnych i miękkich. Dzięki zastosowaniu najnowocześniejszych urządzeń, kręgosłup może być obrazowany w wielu płaszczyznach, a obrazy 3D mogą być rekonstruowane. W niniejszym opracowaniu obrazy skanowania zostały zrekonstruowane do postaci modeli 3D.W porównaniu z konwencjonalnymi obrazami 2D, obrazy 3D mogą zapewnić większy postęp w klinice. Dodatkowo, te obrazy CT zostały pobrane ze spiralnych CT, które dostarczyły odpowiednich danych do stworzenia obrazów 3D.

Prezentowane badanie miało pewne ograniczenia. Po pierwsze, parametry C7-SP zostały zmierzone w systemie PACS, w którym końcówki lub przyśrodkowe części struktur zostały określone przez trzech teradiologów. W celu uzyskania dokładnych wyników konieczne jest zastosowanie bardziej zaawansowanego narzędzia pomiarowego. Dodatkowo, oceniono tylko C7-SP chińskich pacjentów z Affiliated Traditional Chinese Medicine Hospital ofSouthwest Medical University, a pacjenci w wieku<18 lat zostali wykluczeni; dalsze badania mogą być przeprowadzone w innych szpitalach dla innych populacji/etniczności i osób niepełnoletnich. Ponadto, w obecnym badaniu nie przeprowadzono badania zwłok C7-SP, co może być celem przyszłych badań.

W podsumowaniu, w oparciu o tomografię komputerową 3D, kilka parametrów C7-SP zostało dokładnie zmierzonych. Stwierdzono, że pomimo różnego wieku i płci pacjentów, możliwe było wstępne pogrupowanie ich wszystkich w zależności od odchylenia C7-SP. Wyniki te mogą być pomocne w przyszłym diagnozowaniu i leczeniu, a także zmniejszyć częstość występowania błędnych rozpoznań. Poza odchyleniem C7-SP nie ustalono jeszcze, czy istnieje związek z innymi parametrami, dlatego konieczne są dalsze badania w celu oceny związku między C7-SP, strukturami kostnymi i tkankami otaczającymi C7-SP.

Podziękowania

Nie dotyczy.

Funding

Ta praca była wspierana przez Academician WorkstationConstruction Project of Luzhou (Luzhou, Chiny; grant nr.20180101).

Dostępność danych i materiałów

Zestawy analizowanych danych wygenerowanych podczas badania są dostępne od autora odpowiadającego na uzasadnione żądanie.

Wkład autorów

Badanie zostało zaprojektowane przez LZ. Pacjenci byli rekrutowani przez ZL, HW, LR, FY, TG i SF. Pomiary obrazowe zostały wykonane przez ZL, LR i FY. Analiza statystyczna została przeprowadzona przez LZ i HW. LZ, ZL, TG i SF napisali manuskrypt.

Ethical approval and consent toparticipate

Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez EthicalCommittee of the Affiliated Traditional Chinese Medicine Hospitalof Southwest Medical University (Luzhou, Chiny; nr.SWMCTCM2017-0810) i zarejestrowane jako badanie kliniczne(ChiCTR-BOC-17012270), i zostały przeprowadzone zgodnie z deklaracją helsińską z 1964 roku i jej późniejszymi zmianami lub porównywalnymi standardami etycznymi. Uzyskano świadomą zgodę od wszystkich indywidualnych uczestników włączonych do badania.

Zgoda na publikację