En anatomisk studie av den sjunde halskotans ryggradsprocess baserad på tredimensionell datortomografisk rekonstruktion

Introduktion

När huvudet sänks utbuktar ryggradsprocessen (SP) i den sjunde halskotan (C7) hos människor mot huden och bildar en betydande utbuktning på baksidan av nacken. C7 identifieras vanligen av en lång, klubbformad och ogrenad SP(1-3), som kallas vertebra prominens(4). C7 utgör den nedre delen av halsryggen och är förbunden med den övre delen av bröstkorgsryggen, T1, för att bilda den cerviko-thorakala korsningen, även kallad C7-T1. C7 markerar således övergångsnivån från det dynamiska cervikala segmentet till det relativt oflexibla bröstkorgssegmentet i kotpelaren (1). C7 är dessutom den punkt där den cervikala lordosen vänder till en kyfos i bröstkorgen, vilket gör C7 anatomiskt unik (5). Av alla cervikalskador inträffar 9 % i C7-segmentet, och C7:s morfologi, som uppvisar interregionala, interetniska och individuella variationer, kan påverka de kirurgiska tillvägagångssätten (6). Därför är C7:s morfologi ett kliniskt betydelsefullt område av intresse i klinisk praxis (1).

Det är dessutom av avgörande betydelse för kliniska undersökningar, diagnostiska och terapeutiska ingrepp och olika typer av kirurgi som rör nacken. C7-SP används t.ex. som referenspunkt för att bestämma nivån för insättning av epiduralkatetrar av anestesiologer, och en C7-T1-nivå rekommenderas för cervikal interlaminär epidural steroidinjektion (7). På grund av nackmuskulaturens komplexa fästning vid ryggmärgsprotesen bör dessutom SP bevaras för att minska förekomsten av postoperativ axialsmärta (8). Läkarens beslut om kirurgisk behandling påverkas till största delen av de anatomiska egenskaperna hos C7-SP. När kirurger till exempel utför posteriora cervikala operationer förlitar de sig ofta på C7-SP:s morfologi om operationen endast omfattar det nedre halsområdet. Om patienten har en bifid C7-SP kan detta dock leda till att kirurgerna blir vilseledda, vilket kan leda till oönskade resultat(2). På grund av C7-SP:s interindividuella avvikelse är det dessutom en utmaning att identifiera lämpliga tillvägagångssätt för att sätta in skruvarna när man utför en posterior fixering av nacken. Vissa studier betonade atten ny pedikelskruv bör sättas in baserat på tredimensionell (3D) rekonstruktion samt individualisering(9). Även om många studier har bedömt strukturerna hos C7-SP har de flesta av dem fokuserat på pedikelns dimensioner och vinklar, bifida tillstånd och de exakta sätten att lokalisera C7 (10-13).De detaljerade anatomiska egenskaperna hos C7-SP har dock förblivit ouppklarade.

Bara ett fåtal rapporter har bedömt den interindividuella variationen hos C7-SP. I denna studie mättes de anatomiska egenskaperna hos C7-SP preliminärt med hjälp av 3D datortomografi (CT), ett bildverktyg som har validerats i en rad olika tillämpningar för ryggkirurgi (14). Syftet med denna studie var att utforska de anatomiska egenskaperna hos C7-SP, vilket kan underlätta diagnos och behandling av tillstånd som involverar halsryggraden.

Patienter och metoder

Subjekt

Totalt 245 försökspersoner rekryterades från januari2016 till augusti 2017 vid Affiliated Traditional Chinese MedicineHospital of Southwest Medical University (Luzhou, Kina). Innan studien påbörjades erhölls godkännande från den etiska inspektionskommittén vid Affiliated Traditional Chinese Medicine Hospital of Southwest Medical University, som avstod från kravet på informerat samtycke på grund av den retrospektiva karaktären.CT-data från C7 samlades in vid radiologiavdelningen vid Affiliated Traditional Chinese Medicine Hospital of Southwest Medical University. Alla patienter var Han-kineser och >18 år gamla vid tidpunkten för datortomografin. Majoriteten av patienterna hade genomgått en hälsoundersökning, och resten genomgick en särskild undersökning av ryggraden, eftersom de hade fallit före rekryteringen eller råkat ut för oavsiktliga stötar, vilket kan ha en negativ inverkan på ryggraden. Individer med medfödda ryggradsmissbildningar, ryggradspatologi (inklusive spondylolisthesis, retrolisthesis eller diskutrymmeskollaps), ryggradsvariation och de som hade genomgått kirurgiska ingrepp i ryggraden uteslöts.

3D-rekonstruktions-CT

En spiral-CT-skanner (Somatom Emotion; Siemens AG,München, Tyskland) användes med följande skanningsförhållanden:Spänning, 130 kV; ström, 180 mA; tjocklek, 0,75 mm; och matrisstorlek, 512×512. Dessutom användes CARE Dose 4D-tekniken vid undersökningen. Alla patienter hölls i ryggläge under skanningen. 3D-bilderna lagrades i Picture Archiving Communication System (PACS version 4.0; DJ HealthUnion SystemsCorporation, Shanghai, Kina). Detta var ett system för att registrera och lagra röntgenbilder, vilket gör det möjligt att lagra ett stort antal bilder och ge tillgång till dem från vilken nätverksstation som helst. Förutom dessa lagringsmöjligheter innehöll PACS också ett verktyg för känsliga mätningar. Efter 3D-rekonstruktionen analyserades C7 individuellt. Typiska C7-bilder förvärvades genom att justera position och storlek, öka kontrasten och göra andra bildjusteringar på CT-arbetsstationen före mätningen.

Mätning av C7-SP-parametrar

Alla mätningar utfördes av treeradiologer som hade utfört CT-associerat arbete i >5år på radiologiavdelningen vid det anslutna sjukhuset för traditionell-kinesisk medicin vid Southwest Medical University. De laterala, övre och bakre aspekterna av C7-bilderna sparades separat i PACS. Före mätningen placerades C7 i olika plan för varje parameter. Det minsta avståndet var 0,01 cm och den minsta vinkeln var 1°. Avståndet mellan gränserna för den vänstra eller högra transversala processen och SP:s spets i den övre aspekten (DLTS eller DRTS) och avståndet mellan C7-SP:s spets och den mediala punkten av ryggmärgskanalens bakre del i den laterala aspekten, som benämns SP:s längd (LSP), bestämdes. SP-avvikelsevinkeln (∠α) mättes som vinkeln mellan SP:s longaxel och kotans medianlinje i den övre aspekten. ∠β definierades som vinkeln mellan SP:s långa axel och den linje som korsar de bilaterala tvärgående processernas spetsar. ∠γ mättes som vinkeln mellan den vertikala axeln och SP:s långa axel i den laterala aspekten. Alla ovannämnda mätningar anges i figur 1. Alla försökspersoner i den aktuella studien grupperades enligt C7-SP:s avvikande riktning: avvikande åt höger (DR-gruppen), avvikande åt vänster (DL-gruppen) och ingen avvikelse (ND-gruppen) (fig. 2) (fig. 2).

Statistisk analys

En statistisk analys utfördes med hjälp av SPSS, version 20.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA). Mängden män och kvinnor i varje grupp uttrycktes som frekvenser och procentandelar och analyserades med χ2-testet. Ålder och parametrar för C7 uttrycktes som medelvärde ± standardavvikelse. För att fastställa normalfördelningen utfördes Kolmogorov-Smirnov- och Shapiro-Wilktest. Envägs variansanalys användes för att jämföra ålder och parametrar för C7 mellan de tre grupperna, och Student-Newman-Keuls-testet användes som post hoc-test. P<0,05 ansågs indikera en statistiskt signifikant skillnad.

Resultat

Totalt 245 personer deltog i den aktuella studien, och antalet patienter i DL-gruppen var 94, som bestod av 43 män (17,55 %) och 51 kvinnor (20,82 %), och genomsnittsåldern var 47,23±12,78 år (intervall, 21-80 år). DR-gruppen bestod av 133 patienter med en genomsnittsålder på 47,95±14,27 år (19-89 år) och omfattade 64 män (26,12 %) och 69 kvinnor (28,16 %). ND-gruppen omfattade 18 personer, varav 5 män (2,04 %) och 13 kvinnor (5,31 %) med en genomsnittsålder på 47,95±14,27 år (25-86 år). Ingen statistiskt signifikant skillnad i ålder och förhållandet mellan män och kvinnor i de tre grupperna fastställdes (tabell I).

Tabell I.

Antal män och kvinnor samt ålder i de tre grupperna.

En statistiskt signifikant skillnad i DLTS mellan DL- och ND-grupperna observerades (4,69±0,53 vs. 4,41±0,54 cm; P<0,05). Dessutom var DRTS i DR-gruppen signifikant annorlunda än i ND-gruppen (4,72±0,47 vs 4,44±0,45 cm; P<0,05). Jämfört med ND-gruppen var∠α i DL- och DR-grupperna signifikant annorlunda (0 vs. 4,30±2,96 och -5,17±3,35°; P<0,05); dessutom var ∠α i DL-gruppen signifikant annorlunda än i DR-gruppen (P<0,05). Ännu viktigare är att ∠β var signifikant annorlunda i DL-, DR- och ND-grupperna (93,09±3,39, 86,30±3,70 respektive 89,72±2,02°; P<0,05). Skillnaderna i LSP och ∠γ mellan de tre grupperna var inte signifikanta (P>0,05; tabell II).

Tabell II.

Mätningar i de tre grupperna.

Diskussion

När det gäller att identifiera C7 med hjälp av manuell palpation av kliniker är noggrannheten begränsad på grund av den interindividuella variationen i C7-SP:s morfologi (15-19).Även om flera studier har bedömt de anatomiska strukturerna iC7-SP fokuserar de flesta av dem på mekanismerna för de sjukdomar som påverkar den (8,20,21). SP sträcker sig från den bakre delen av kotbågen för att ge anslutningspunkter för de muskler som sträcker sig från nacken, inklusive trapezius- och spinalismusklerna. Nackkalligamentets ände, som stöder nackmusklerna och förbinder skallens okcipitala ben med C7-kotan, fäster vid spetsen av ryggmärgsprotesen. Enligt olika studier har bevarandet av C7-SP en avgörande roll för att förhindra axialsymptom (22-25). Detta är en form av smärta runt nacke och axlar och förblir ofta ett stort problem i flera år postoperativt, även hos patienter med utmärkt neurologisk återhämtning (26,27). Dessutom ger skydd av C7-SP och anatomiska strukturer runt halsryggen, inklusive de muskler som är fästade vid ryggmärgsprotesen samt de supraspinösa och interspinösa ligamenten, bättre resultat när det gäller rörelseomfång och axial smärta i halsryggen (28). Dessutom har det rapporterats att en ryggradskirurg måste ha tillräckliga kunskaper om C7:s morfologi för att undvika skador på vertebrala artärer, ryggmärg eller nervrötter vid fixeringsingrepp som rör den bakre halsryggen (29). Den cerviko-thorakala korsningen är en utmanande anatomisk övergång som inspirerar kirurgi. Jämfört med alla andra halskotor har C7 relativt sett bredare laminer, större pediklar, mindre laterala massor och en lång icke-bifid process. Dessa egenskaper gör det möjligt att utföra en mängd olika kirurgiska metoder för att applicera posteriora rigida instrument i form av olika typer av skruvar, inklusive lateral massa, pedikel, transfacet och intralaminära skruvar (1).

I den aktuella studien grupperades alla försökspersoner enligt vinkeln på SP-avvikelsen. Jämfört med den iND-gruppen var ∠α i DL- och DR-grupperna signifikant olika. Det visade sig att det fanns en avvikelse av C7-SP och att det var möjligt att preliminärt gruppera alla C7 enligt deras ∠α. Eftersom åldern och förhållandet mellan män och kvinnor inte skiljde sig signifikant mellan grupperna påverkades grupperingen inte heller av ålder och förhållandet mellan män och kvinnor.

Efter grupperingen noterades inga signifikanta skillnader i ∠γ och LSP mellan de tre grupperna (P>0,05). Ett flertal andra studier hade utförts för att mäta LSP. Bazaldua etal (30) studerade morfometrin hos halskotorna C3-7 hos en befolkning från nordöstra Mexiko och mätte avståndet från den övre gränsen till SP:s spets i sagittalplanet och fastställde ett medelvärde på 29,12±5,86 mm, vilket stämde överens med resultaten i den aktuella studien. I andra studier erhölls dock värden på 22,19±2,02 och 22,78±2,03 mm (31,32), vilket var mindre än resultatet av den aktuella studien. Dessa skillnader kan bero på olika mätkriterier, interregionala eller etniska skillnader och statistiska fel.

I den aktuella studien var dessutom skillnaden i DLTS mellan DL- och ND-grupperna statistiskt signifikant (4,69±0,53 vs. 4,41±0,54 cm; P<0,05). En statistiskt signifikant skillnad i DRTS mellan DR- och ND-grupperna observerades också (4,72±0,47 mot 4,44±0,45 cm; P<0,05). Detta tyder på att den orientering som SP avvek till hade ett längre avstånd mellan den transversala processen och SP. Detta kan bero på rotationen av kotkroppen. Strängare mätmetoder måste utarbetas för att minska dessa fel. Viktigare är att statistiskt signifikanta skillnader observerades också i ∠βmellan de tre grupperna (P<0,05). Denna parameter återspeglar vinkeln mellan den transversala processen och SP, och den är av avgörande betydelse för operationer som innebär att den posterolaterala delen av C7 exponeras. Dessutom har det rapporterats att den mest effektiva typen av posteriort fixering vid cerviko-thorakaljunktionen var en pedikelskruvfixering på grund av de specifika egenskaperna hos C7 (7,33-36).Kajino et al (37) studerade den kirurgiska anatomin för pedikelskruvplacering i halsryggen. De bekräftade att den idealiska posteriora ingången för skruvinsättning var 2,5 mm medial till lateralmarginalen av lateralmassorna, att den korrekta insättningsvinkeln var ~45° och att det kritiska värdet för insättningsdjupet var 13-14 mm. Lee et al (38), studerade den anatomiska genomförbarheten av posteriora cervikala pedikelskruvplacering hos barn med CT-analys och hävdade att möjligheten till subaxial lateral massaskruvfixering måste undersökas med en mer skräddarsydd metod. I den här studien accepterade alla mål före mätningen CTscan. Värdet av CT för att upptäcka ryggradsfrakturer är välkänt. till skillnad från konventionell röntgenanalys ger CT-scanning detaljerade bilder av många typer av vävnad samt av ben och blodkärl. CT har därför använts inom kliniska områden, bland annat för diagnos av sjukdomar och anatomisk analys (39-41).Enligt Food and Drug Administration är CT-scanning ett snabbt förfarande och ger en noggrann utvärdering av ben och de mest mjuka vävnaderna. Med hjälp av den senaste utrustningen kan ryggraden visas i flera plan och 3D-bilder kan rekonstrueras. I den aktuella studien rekonstruerades skanningsbilderna till 3D-modeller.Jämfört med konventionella 2D-bilder kan 3D-bilder ge större framsteg i kliniken. Dessutom togs dessa datortomografiska bilder från helikala datortomografer, vilket gav tillräckliga data för att skapa 3D-bilder.

Denna studie hade vissa begränsningar. För det första mättes parametrarna för C7-SP på PACS, där topparna eller de mediala delarna av strukturerna bestämdes av tre radiologer. Det krävs ett mer avancerat mätverktyg för att ge exakta resultat. Dessutom bedömdes endast C7-SP hos kinesiska patienter från det anslutna sjukhuset för traditionell kinesisk medicin vid Southwest Medical University, och patienter i åldrarna <18 år uteslöts; ytterligare studier kan utföras på andra sjukhus för andra populationer/etniciteter och underåriga försökspersoner. Dessutom utfördes ingen kadaverstudie av C7-SP i denna studie, vilket kan vara syftet med en framtida studie.

Slutsatsen är att flera parametrar i C7-SP mättes exakt med hjälp av 3D-CT. Det konstaterades att trots patienternas olika ålder och kön var det möjligt att preliminärt gruppera dem alla enligt C7-SP:s avvikelse. Dessa resultat kan stödja framtida diagnoser och behandlingar och minska förekomsten av feldiagnoser. Dessutom kan den aktuella studien utgöra en grund för ytterligare studier om C7.Bortsett från C7-SP:s avvikelse återstår det att fastställa om det finns ett samband med andra parametrar.Det krävs därför fler studier för att bedöma sambandet mellan C7-SP, de beniga strukturerna och de vävnader som omger C7-SP.

Acknowledgements

Inte tillämpligt.

Finansiering

Detta arbete stöddes av Academician WorkstationConstruction Project of Luzhou (Luzhou, Kina; bidrag nr 20180101).).

Tillgänglighet av data och material

De analyserade dataset som genererats under studien är tillgängliga från motsvarande författare på rimlig begäran.

Författarnas bidrag

Studien utformades av LZ. Patienterna rekryterades av ZL, HW, LR, FY, TG och SF. Bildmätningarna utfördes av ZL, LR och FY. Den statistiska analysen utfördes av LZ och HW. LZ, ZL, TG och SF skrev manuskriptet.

Etiskt godkännande och samtycke till deltagande

Alla förfaranden godkändes av den etiska kommittén vid det anslutna sjukhuset för traditionell kinesisk medicin vid Southwest Medical University (Luzhou, Kina; nr SWMCTCM2017-0810) och registrerades som en klinisk prövning (ChiCTR-BOC-17012270) och utfördes i enlighet med Helsingforsdeklarationen från 1964 och dess senare ändringar eller jämförbara etiska standarder. Informerat samtycke erhölls från allaindividuella deltagare som ingick i studien.

Samtycke för publicering