第九节 脊柱

一、X线解剖

脊柱位于背部正中,由24块椎骨、一块骶骨和一块尾骨借软骨、韧带和关节联结而成。其中颈椎7个,胸椎12个,腰椎5个、骶骨1块(由5个骶椎融合而成)、尾骨1块(由4个尾椎融合而成)。脊柱区是指脊柱及其周围软组织所配布的区域,通常可分为颈段、胸段、腰段和骶尾段。除第1~2颈椎和骶尾椎外,每节脊椎均由两个主要部分组成,前部为椎体,后部为椎弓,两者之间形成椎孔,诸椎体之椎孔形成椎管。椎弓包括左右椎板。椎弓有七个突起,即上下关节突各一对,横突一对和一个棘突。上下椎弓之间形成椎间孔。椎体之间有椎间盘,形成椎间隙。相邻脊椎之上下关节突形成椎弓关节。
脊柱在正位像上呈直线排列,从上向下依次增大,主要由松质骨构成,纵行骨小梁比横行骨小梁明显,周围为一层骨皮质,密度均匀,轮廓光滑。椎体两侧有横突影,其内侧可见椭圆形环状致密影,为椎弓根的横断面投影,称椎弓环。椎弓根的上下方为上下关节突的影像。椎弓板由椎弓根向后内方延续,并与中线联合成棘突,呈尖向上的类三角形线状密影,投影于椎体中央偏下方。椎体上下缘的致密线状影为骨性终板,彼此平行,其间的透亮间隙为椎间隙,是椎间盘的投影。侧位像上可显示脊柱的生理曲度,颈椎突向前,胸椎突向后,腰椎突向前,骶椎突向后。侧位片上可以更好地观察椎间隙,胸椎间隙较窄,自下胸椎起,椎间隙有向下逐渐增宽的趋势,以腰 4/5间隙最宽,而腰 5/骶 1间隙又变窄。在侧位片上椎间隙前后部并不等宽,随脊柱生理弯曲有一定的变化。老年人的椎间隙较年轻人略窄。第5腰椎长轴与第1骶椎长轴连线形成之交角正常为143°,称腰骶角。
(一)椎体
成人的椎体近似长方形,由上向下依次增大。椎体主要为松质骨构成,周围有骨皮质环绕。新生儿之椎体由一个化骨中心形成,侧位像上椎体之前后部各有一个中心切迹,使椎体中部收缩,如葫芦状。婴儿的椎体呈椭圆形,在侧位像上如鸡蛋形,其小头向前。有的椎体下部前伸,形如鸟嘴。椎体的环状软骨于12岁开始骨化,最初在椎体上下缘呈细线状影像,与椎体之间界以透亮带。椎体前缘上下角的环状软骨较厚,呈三角形。环状软骨亦称环状骺,于15岁开始与椎体融合,于25岁完全融合而消失,但亦可终生不融合,这种情况极少见。
(二)椎弓根
椎弓根位于椎体后方两侧,前后位像上与椎体相重叠,呈椭圆形影像,侧位像上位于椎体后方,为椎间孔之组成部分。前后位像上椎弓根内缘代表椎管的侧壁,两侧椎弓根内缘间距离称椎弓根间距离。上段颈椎的椎弓根,一般只看到平直的内缘,这与其前后走行的方向有关。于胸椎段则呈椭圆形或圆形,内缘稍凸,第1~2腰椎则较狭长,内缘亦较平直。第5腰椎和第1骶椎常为三角形,第2骶椎以下则不易显示。
椎弓根间距离自第2颈椎向下逐渐增大,止于第5~6颈椎,其平均宽度为29mm,自第7颈椎向下急剧减小,止于第3胸椎,自第4胸椎至第10胸椎为最窄,其宽度上下一致,平均为17~18mm;自第11胸椎至第1骶椎逐渐增大,平均为35mm。椎弓根间距离男性大于女性,平均大2mm。
(三)椎板
正位像上椎板位于棘突的两侧,侧位像上位于棘突和椎弓根之间。两侧椎板于1岁末开始融合,腰骶部和环椎约在5~6岁开始融合。椎板于融合前呈一纵行裂隙,宽1~2mm。
(四)棘突
棘突在前后位像上呈一扁环状或三角形致密影,居椎体之中部,大部分与椎体重叠。侧位像上胸段的棘突不易显示,于腰段则显示清楚。第2~4颈椎棘突末端可呈分叉状。第11、12胸椎棘突亦常呈分叉状。棘突的骨骺位于其顶端,于16岁出现,25岁融合,可持久不融合。
(五)横突
颈椎横突短而粗。胸椎的横突自上而下逐渐变短,前后位像上由于肋骨重叠,显示不清。腰椎横突较长,前后位像上显示清楚,其大小、形状变异很大,一般第3腰椎的横突最长,第4腰椎的横突上翘。于横突的邻近可出现多余的副突,分乳状突和副横突,前者为起自腰椎上关节突的钝隆突;后者起于横突的基底部,乳状突的侧下方。副横突可较长,于前后位像上起自腰椎椎体上角向下方倾斜,可长达数厘米。副突除见于腰椎外,尚可见于第11~12胸椎。第1~10胸椎的横突均有肋骨关节面,与相对的肋骨形成横突肋骨关节,均具滑膜及关节囊。此关节亦可发生增生性关节炎,宜用斜位像检查。
(六)关节突
相邻脊椎的上下关节突形成关节。胸段的关节突关节面呈冠状排列,于腰段呈45°倾斜。故应取不同体位照相,胸椎宜用侧位,腰椎宜用斜位。
(七)椎间隙
椎体间的椎间隙是一种少动关节,其间为椎间盘,X线上呈横行的透亮带,介于两个椎体之间,称椎间隙。椎间隙的高度,一般自上而下逐渐增大。成人颈及上胸段椎间隙的最大平均高度为4~5mm,下胸段6~8mm,腰段10~12mm。腰骶椎椎间隙变异很大,一般较窄或完全缺如,称移行性椎间隙。
(八)终板
终板位于椎体上下缘,为薄层软骨组织,X线检查不能显示。现有学者将终板分为软骨终板和软骨下骨板,后者又称骨性终板,即椎体上下缘骨皮质。
(九)椎间孔
颈椎的椎间孔宜在斜位像显示,呈椭圆形,自第2颈椎至第5颈椎逐渐变小,向下则轻度增大。胸椎的椎间孔较颈椎和腰椎为小。腰椎的椎间孔最大,可在侧位像上观察。
(十)第1颈椎(寰椎)
第1颈椎无椎体,又称寰椎,侧位像上寰椎前弓的后缘与齿状突前缘的距离,成人最大为3mm,超过3mm为异常;儿童最大为5mm,超过5mm为异常。发育期,寰椎由3个原发化骨中心形成,即前弓、左和右后弓各一个化骨中心。前弓的化骨中心于生后一年内出现,约20%在出生时即出现。前弓与后弓之间于7岁时呈骨性融合,两侧后弓的背侧约于3岁融合。
成人寰椎的后弓上缘有椎上切迹,为椎动脉沟所形成,椎动脉沿此沟经枕大孔进入颅内。斜行的寰枕韧带桥接此沟,韧带发生钙化时形成一环形影像,称弓状孔,可在侧位像上显示。
(十一)第2颈椎(枢椎)
第2颈椎亦称枢椎,由齿状突、椎体、椎弓和棘突组成。枢椎有4个或5个化骨中心。即齿状突、椎体和左右椎弓各有一个化骨中心(齿状突有时可出现两个化骨中心)。这些化骨中心于3~6岁时彼此融合。融合前齿状突和椎体间软骨形成的裂隙状影像,可能被误为骨折。齿状突顶端的二次化骨中心于3~6岁出现,12岁融合,若不融合即称为第三髁。前后位像上,齿状突两侧缘与寰椎间的关节间隙,两侧一般对称,但亦可一侧较宽,多由头的旋转和颈椎侧弯等原因引起。X线检查寰、枢椎半脱位时,应采取伸、屈位像,仅在前后位像上根据齿状突两侧间隙的变化不能诊断有无脱位。
枢椎的椎体较高,上连齿状突,前后位像上齿状突的基底部与两侧上关节面之间可有深的切迹。上关节面斜向外下,一般两侧对称,有先天性不对称者,表现为一高一低。
(十二)骶尾椎
骶尾椎共9节,儿童期彼此分离,上5节融合成骶椎,下4节融合成尾椎。尾椎亦可为3节或5节。尾椎近节最大,常与骶骨分离,其次各节逐渐变小,常融合。尾椎末端呈圆形,有时可分叉,常向一侧偏斜或前屈。
(十三)椎旁及椎前软组织
1.颈椎
颈椎前方软组织包括鼻咽部、口咽部、咽喉部和食管上端。鼻咽部前界为鼻后孔,后界为第1颈椎前弓上方,咽后壁软组织于儿童期由淋巴腺样体所组成,故较厚。成人腺样体萎缩而变薄。口咽部之前界为舌之后1/3,后界为第1~3颈椎前方的软组织。喉咽部上与口咽部相连,下与食管相连。
2.胸椎
前后位X线像上,胸椎左侧可见一密度增高影,沿椎旁与胸椎平行走行,称椎旁线。此影为左肺内缘胸膜反折的投影,其上界为第4胸椎,止于第10或第11胸椎,右侧有时也可以见到椎旁线。椎旁线可因脊椎病变而出现分段性突出等改变,对诊断有帮助。
3.腰椎
腰椎两侧的腰大肌呈自上向外下斜行走行的三角形软组织影,椎旁脓肿可使腰大肌影像突出。

二、CT解剖

(一)脊椎
CT骨窗可以详细观察脊椎骨的结构。
1.寰椎
由两个侧块和前后弓组成。侧块有上下关节凹分别与枕骨髁和枢椎上关节突形成关节。横突短小,左右各一,其上有横突孔,椎动脉走行其中。前后弓中线部有前后结节(图2-9-1)。
图2-9-1 正常寰椎骨窗(A)及软组织窗(B)
CT平扫,显示前后弓、侧块、枢椎齿状突、横突和横突孔,横突短小
2.枢椎
枢椎椎体的齿状突前与寰椎前弓后缘,后与寰椎横韧带形成寰枢关节(图2-9-1)下为枢椎椎体(图2-9-2)。枢椎横突小,内有横突孔。
3.第3~7颈椎
形态相似,椎体为椭圆形,横径大于前后径,高约15mm。第3~7颈椎有钩突由椎体后面向上突入相邻上一个椎体后外侧缘的浅凹中,钩突构成椎间孔的一部分(图2-9-3)。椎弓根短,与椎板形成的椎管为三角形。横突短,横突孔除第7颈椎因其发育不良或缺如外,均可见到。第7颈椎棘突较长,其他均短小(图2-9-4)。
图2-9-2 正常枢椎椎体CT平扫
图2-9-3 正常C 4椎体CT平扫
椎体前后径小于横径,椎管为三角形,横突与棘突短小,可见钩突(箭)
图2-9-4 正常C 7椎体CT平扫
椎体前后径仍小于横径,椎管仍为三角形,棘突较长
4.胸椎
胸椎椎体横径短,前后径长。后缘前凹。平均高度为25mm,椎弓根长且更近于矢状,椎板、横突、棘突均较长,第1~10胸椎肋骨与胸椎横突和椎体均形成关节。胸椎椎管在上下段近三角形或菱形。中段近圆形(图2-9-5)。
图2-9-5 正常T 1椎体CT平扫
椎体前后径虽仍小于横径但径线较C 7大,横径变小,横突、棘突较长,可见第一肋骨与椎体、横突形成关节,横突、肋骨大致水平走行,椎管大致为菱形
5.腰椎
腰椎椎体为椭圆形,横径大于前后径。椎弓根、椎板、棘突较短,横突较长且平。椎管大致为三角形(图2-9-6~图2-9-8)。
6.骶椎
第1骶椎水平,骶管为三角形,位于中线后部,与骶前、后孔相连。骶前孔位于骶管前外,两侧对称,较大,其内可见圆形软组织密度神经根鞘影;骶后孔位于骶管后外,较小。自第2骶椎水平向下骶管变小变扁,其内可见多支骶神经根鞘影。第2骶椎骶前、后孔位置与第1骶椎相仿。第3、4骶椎水平骶孔不易显示。第4骶椎水平可见骶裂并仅见骶管前外侧壁。骶髂关节间隙正常宽度为2~3mm(图2-9-9)。
图2-9-6 正常L 1椎体CT平扫
椎管近菱形,椎体横径大于前后径,横突较长,椎体后缘前凹呈浅弧状
图2-9-7 正常L 3椎体CT平扫
椎管近三角形,椎体横径大于前后径,横突较L1更长
图2-9-8 正常L 5椎体CT平扫
椎体水平,椎管近三角形,椎体横径大于前后径,后缘平直,横突较短
图2-9-9 正常第2骶椎CT平扫
骶骨皮髓质分界清楚,骶孔对称、光滑,其内可见软组织密度神经根鞘;骶髂关节间隙宽度一致,边缘规整
(二)椎间盘
椎间盘由髓核、纤维环和软骨终板组成。髓核是退化脊索细胞和一些纤维软骨组成的黏液胶冻样物质。髓核外的纤维环由纤维软骨和多层胶原纤维组成,位于椎间盘中心偏后方。髓核和纤维环相邻的椎体上下面为薄层透明软骨及软骨终板覆盖,周围由环状骨突围绕,纤维环内层与软骨融合,外层插入环状骨突。椎间盘高度不一,颈椎为3~5mm,而腰椎可达15mm。
椎间盘CT表现为与相邻椎体形状、大小一致、密度均一的软组织影,CT值为80~120HU,不能区分髓核与纤维环,椎间盘在颈段近圆形,在胸段后缘深凹,而腰段则后缘为浅凹,第5腰椎与第1骶椎椎间盘后缘平直和/或稍后凸(图2-9-10)。
图2-9-10 正常腰椎椎间盘CT平扫
与相邻椎体形状一致的软组织密度影,CT值80~120HU,CT不能区分髓核与纤维环
(三)椎间小关节
第3颈椎~第5腰椎之间的上下相邻椎弓之间的小关节突相互形成椎间小关节。上关节突在下关节突的前内或前外。关节面在颈段近于水平位,胸段近于冠状位,而腰段近于矢状位。两侧椎间小关节一般对称,由颈向胸、腰椎逐渐增大。正常小关节突光滑,皮质厚度一致,两侧关节面大致相同,关节间隙宽度为2~4mm(图2-9-11)。
(四)椎间孔
椎间孔左右各一,位于上椎弓根下缘和下椎弓根上缘之间,在小关节前方,内与侧隐窝相续。其中含有脂肪、部分黄韧带、包绕前后脊神经根的神经根鞘及小动、静脉。椎间孔可分为三个部分:①上部,最大,含神经根,前为椎体,上为上椎弓根下缘,后为椎板和关节突;②中部,为椎间盘水平;③下部,最小,下为椎弓根上缘,前为椎体(在颈椎为钩突),后为关节突(图2-9-12)。
图2-9-11 正常椎小关节CT平扫
小关节间隙一致,双侧对称,骨皮质光滑,密度均匀
(五)椎管测量
图2-9-12 正常椎间孔CT平扫
A.颈椎间孔前为钩突,后为小关节突,钩突缘近直角(▲);B.腰椎间孔前为椎体后外侧缘,后为小关节突,椎间孔见脊神经节(△)
骨性椎管测量方法有线性测量和面积测量(图2-9-13)。临床上,椎管测量有助于判断椎管狭窄,为了诊断使用方便,下面只列出其正常值下限:颈椎前后径为11mm,腰椎前后径为12mm,腰椎管面积为1.5cm 2。腰椎管侧隐窝宽度为3mm以上。约-汤(Jones-Thomson)商:正常为1/2~1/4.5。
图2-9-13 椎管测量线图
A.a椎管前后径;b椎弓根间距;c小关节突间距;d侧隐窝宽度;B.约-汤商:(A ×B)/(C ×D)

三、MRI解剖

(一)椎体与椎弓
椎体的信号主要由骨髓中的水分、脂肪比例及缓慢血流所产生。椎体表面的骨皮质和椎弓的致密骨在各种成像序列上均为低信号(图2-9-14),黄骨髓在T 1WI上呈高信号,基本上与皮下脂肪信号类似;在SE T 2WI上为中等信号,而快速SE T 2WI上为高信号;黄骨髓在脂肪抑制技术上为低信号强度。在梯度回波成像上,脂肪信号强度随骨小梁数量多少而变化:在增强MRI检查中,黄骨髓信号强度无变化。红骨髓在T 1WI的信号强度低于黄骨髓,但一般高于椎间盘的信号强度。在SE及快速SE T 1WI上,红骨髓信号强度轻度低于黄骨髓,但差别不如T 1WI明显。在脂肪抑制自旋回波(SE)、快速 SE T 2WI和STIR像上,红骨髓为中等至高信号强度,相对高于黄骨髓的信号强度。在梯度回波成像上,红骨髓信号强度依据回波序列特征而异。在T 1WI上,成人很少发现注射Gd-DTPA造影剂后红骨髓强化的现象,但在部分儿童和婴儿,椎体骨髓可有广泛且明显的信号增高。红骨髓的分布和成分与年龄和性别有关。红黄骨髓的转变是一个动态生理变化过程。出生以后椎骨的红骨髓逐渐被黄骨髓代替,2个月以上婴儿的骨髓(以红骨髓占主导)集中分布于椎体上、下部分,在T 1WI上多低于或等于肌肉或椎间盘信号,随着年龄的增长,其信号强度也进行性增高,这反映生理上骨髓脂肪组织进行性增多的现象。
椎小关节为滑膜关节,关节软骨在SE T 1WI和T 2WI上通常为低信号,难与同其下方的骨皮质鉴别,但在梯度回波上为高信号,其厚度为2~4mm。腰椎的小关节面在轴位像显示最好。
(二)脊髓
图2-9-14 正常成人MRI平扫
A.正常成人矢状面T 1WI;B.与A同一位置矢状面T 2WI
硬膜外腔是指硬脊膜与椎管内壁骨膜之间的腔隙,其内富含脂肪、神经及血管,硬膜外脂肪在T 1WI为高信号、T 2WI呈中等信号,胸段硬膜外脂肪要比腰骶段少些,特别是硬膜后外方,硬膜常与黄韧带和棘间韧带直接相贴,看不到硬膜外脂肪。硬脊膜为致密纤维组织,在神经平面外突,其内含蛛网膜,共同构成神经根鞘。蛛网膜位于硬脊膜内面,两者之间有一个潜在腔隙,称之为硬膜下腔。在MRI上,硬脊膜常难与蛛网膜区分开,脊髓表面包绕软脊膜,软脊膜与蛛网膜之间为蛛网膜下腔,内为流动脑脊液。在T 1WI上,脑脊液呈低信号,较脊髓信号为低,在T 2WI上脑脊液呈高信号,明显高于脊髓,因而脊髓结构常可清晰显示。软脊膜和蛛网膜统称柔脑脊膜。
图2-9-15 正常成人腰椎MRI表现
A.正常成人腰椎矢状面T 2WI;B.与A同一位置T 1WI
脊髓在T 1WI上呈中等信号,信号较均匀,MRI矢状切面不受脊椎生理弯曲的影响,可充分连续地显示脊髓全长。C 3~T 2之间的脊髓前后径较大,为生理性膨大。由于胸椎生理性后突的影响,胸髓的位置偏向椎管前方,脊髓终止于圆锥,脊髓圆锥在第1、2腰椎水平偏后方,马尾神经与脊髓圆锥相比呈低信号(图2-9-15)。5%正常人群终丝纤维可见脂肪成分,可以局限于某部分,也可沿终丝至盲囊。T 2WI上,脊髓呈中等低信号,正常脊髓中央管仅宽0.05mm,一般不能看到,有时脊髓内可见纵行条状或波纹状信号影,可能与相位编码移动性伪影有关。
(三)椎间孔
在矢状面上神经根位于神经孔的上部,在SE T 1WI上神经根呈圆形结构,周围为高信号的脂肪(图2-9-16)。在SE T 2WI上硬脊膜外脂肪的信号减低,与低信号的硬脊膜同神经根袖内的高信号脑脊液形成对比。在Gd-DTPA增强检查时,背侧的脊神经节可发生强化。
(四)椎间盘
椎间盘在 T 1WI上比椎体(脂肪)信号低,在T 2WI上椎间盘的中心部因含水量高呈高信号,椎间盘外缘的外纤维环的致密纤维带,在T 1WI和T 2WI上均为低信号(图2-9-17)。椎体的终板和其上覆盖的软骨与椎间盘相连,在SE T 1WI和T 2WI和梯度回波像上通常为低信号。在T 2WI上髓核高信号中心可见水平状低信号线影,多见于30岁后,可能为原始脊索生骨节分隔纤维化引起。椎间盘在T 2WI上的高信号,随年龄增长,逐渐减弱缩小。
图2-9-16 正常腰椎矢状面T 1WI
椎间孔神经根呈圆形低信号结构(箭),周围为高信号的脂肪
(五)椎体终板
椎体在生长发育过程中,椎体上下面的骨骺板骨化停止后形成骨板,呈轻度凹陷,即为骨性终板。椎体终板的中央仍为一薄层透明软骨覆盖,并终生存在,即为软骨终板,软骨终板与髓核和纤维环连接共同构成椎间盘。
图2-9-17 正常腰椎横断面T 2WI
中央髓核呈高信号,外周纤维环呈低信号
(六)脊柱韧带
脊柱的韧带包括前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带和寰枢韧带复合体。脊柱韧带由胶原纤维构成,在T 1WI和T 2WI和梯度回波像上均呈低信号,与骨皮质及其他纤维结构,如纤维环和硬脊膜等不能区分,但黄韧带中由于弹力纤维成分较高,在SE T 1WI和T 2WI上通常为中等信号,高于骨皮质,在梯度回波像上为高信号。
前纵韧带起自枕骨与寰枕前结节,止于骶骨,它紧贴在椎体和椎间盘的前面和前侧面,在寰椎前弓与枕骨基底部之间的韧带即前寰枕膜。前纵韧带在各种成像序列上都呈低信号结构,不能同椎体和椎间盘前缘区分。
后纵韧带起于第2颈椎,止于骶椎,沿椎体和椎间盘后缘走行,与纤维环后缘和椎体后面的上、下缘紧密相连,在韧带与椎体后缘中部之间形成1~2mm的间隙,其中有结缔组织、脊柱前内静脉丛和脂肪组织,后者多见于腰椎,在SE T 1WI的矢状面像上脂肪呈高信号,其中的静脉丛呈低信号点状或管道结构。
黄韧带附着在上方椎板的前下面,止于下方椎板的后面,呈节段性分布,自枢椎与第3颈椎连接部延伸至第5腰椎与骶椎连接处,形成椎管的软组织后壁。腰段黄韧带最厚,为3~5mm。黄韧带中80%为弹性硬蛋白,而Ⅰ型胶原仅占20%。其MRI信号不同于其他韧带。在SE T 1WI上通常为中等信号,略高于骨皮质和其他韧带,低于脂肪;在 SE T 2WI上高于骨皮质,略低于脑脊液;在快速小翻转角梯度回波像上为高信号,与脑脊液和椎小关节软骨相似。
寰椎十字韧带由一条横行韧带和纵行韧带组成。前者位于齿状突后方横跨寰椎椎弓,以固定齿状突,即横韧带(图2-9-18)。纵行韧带自横韧带向下至枢椎椎体,上行至于枕基底部。横韧带在冠状面和轴面上显示最佳。
图2-9-18 正常环枢关节MRI横断位T 2WI
1为齿状突,2为横韧带
棘上韧带起自第7颈椎棘突,向上与项韧带相连,向下附着于棘突顶部。
棘间韧带位于相邻棘突之间,由腹侧的黄韧带斜向背侧的棘上韧带延展,棘间韧带较薄,颈段稀少或缺如,MRI上不易显示。
(徐文坚 崔久法)