Anatomische Beschreibung der okzipitalen Knochendicke und der venösen Sinusanatomie bei 100 Patienten mit 46.200 standardisierten Messungen in einer CTA für eine sichere Schraubenplatzierung bei okzipitozervikaler Fusion

Abstract

Hintergrund: Die okzipitozervikale Instabilität stellt ein komplexes Krankheitsbild dar und kann sich aufgrund der Lagebeziehung zum Rückenmark zu lebensbedrohlichen Komplikationen führen. Zu den Ursachen zählen angeborene Anomalien, degenerative Veränderungen, Rheumatoide Arthritis (RA), Tumore, Infektionen und Traumata. Die häufigste operative Verosrgung ist die posteriore Fusion des Okziputs mit der oberen Halswirbelsäule (HWS). Zu den am häufigsten auftretenden Komplikationen der posterioren Fusion zählen Implantatversagen aufgrund von Schraubenlockerung und die Verletzung des intrakraniellen venösen Sinus. Biomechanische Studien konnten zeigen, dass die Dicke des okzipitalen Knochens einer der Hauptfaktoren für das Versagen von okzipitalen Schrauben ist. Darüber hinaus kann die fehlerhafte Schraubeninsertion am Okziput zu massiven Blutungen oder zur Okklusion des intrakraniellen venösen Sinus (VS) führen. Das Ziel unserer Studie war es daher, topographische Karten der okzipitalen Knochendicke sowie der Lagebeziehung des intrakraniellen VS zu erstellen und einen Vergleich mehrerer kommerziell erhältlicher okzipitaler Plattensyteme vorzunehmen. Methoden: Wir analysierten 100 Patienten1, bei denen zwischen 2008-2018 eine CTA des Kopfes und der HWS am Hospital for Special Surgery durchgeführt wurde. Zuerst erstellten wir eine Matrix von 231 Messungen pro Patient (21 Messungen pro axialer Ebene in 5 mm Abständen) und analysierten die Dicke des Okziputs. Für jede Messung analysierten wir zusätzlich das Vorhandensein des VS. Anschließend werteten wir vier okzipitale Plattensysteme und ihre Schraubenlochpositionen aus. Ergebnisse: Die dickste Stelle des Okziputs maß 13,9 ±3,3 mm und befand sich in der Mitte des Hinterhaupts, 45 mm vom Foramen Magnum (FM) um die äußere Hinterhaupt-Protuberanz (external occipital protuberance; EOP). Der Ort mit der höchsten Präsenz des intrakraniellen VS zeigte sich um den EOP und die obere Nackenlinie (linea nuchae superior; LNS). Anhand unserer erstellten topographischen Darstellung der okzipitalen Dicke und der Präsenz des VS analysierten wir die Position der Schraubenlöcher von vier Okzipitalplatten und konnten zeigen, dass das Vorhandensein des VS variierte und nur eine Platte (Platte A) alle Schraubenlöcher an Stellen mit einer Knochendicke >8 mm positionert hatte. Schlussfolgerung: Unsere anatomische Auswertung konnte zeigen, dass die Bereiche mit einer Knochendicke des Okziputs >8mm für eine ausreichende Ausrissfestigkeit auf einen kleinen Bereich des Okziputs limitiert waren. Für jede Schraubenlochposition in unseren vier analysierten Okzipitalplatten bestand die Möglichkeit einer venösen Sinuspräsenz von 8–33 % mit der höchsten Präsenz um den EOP herum. Unsere biometrische Karte der Okzipitalknochendicke und die Analyse des Vorhandenseins des VS kann Chirurgen dabei unterstützen, Komplikationen wie VS-Verletzungen oder Schraubenlockerungen zu vermeiden und eine stabile Fusion zu erreichen.

Background: The instability of the occipitocervical joint can have serious consequences for patients with severe neurological deficits up to the death of the patient. Congenital anomalies and acquired causes like degenerative diseases, rheumatoid arthritis, infections, trauma and tumors are the main reasons for instability. The posterior fusion of the occiput and the upper cervical spine is the most common treatment technique. The posterior fusion can be associated with various complications including screw loosening, and the injury of the intracranial venous sinus (VS) while placing bicortical occipital screws. Previous biomechanical studies showed that the occipital bone thickness is one of the main contributing factor for screw pull-out strength and a minimum of 8mm screw length for a stable fixation are needed. Additionally, the venous sinus is a unique anatomical structure potentially at risk during occipital instrumentation. Only a few studies investigated anatomical characteristics of the occipital bone, especially with regard to occipital plate configurations. The aim of our study was to create topographical maps of the thickness of the occipital bone and the presence of the VS to assess the risk of bicortical occipital screw insertion by comparing four coomonly used occipital plates. Methods: We included 100 patients who had a computed tomography angiography (CTA) of the head and the upper cervical spine between 2008- 2018. We created a matrix of 231 measurements per patient (21 measurements per level) for each topographical map. We assessed the presence the venous sinus and additionally the thickness of the occipital bone. At last, we analyzed four occipital plates and their screw hole positions. Results: The location with the highest presence of the VS was around the external occipital protuberance (EOP) and the superior nuchal line (SNL). This was also the area of the thickest occipital bone. The thickest point measured 13.9 ±3.3mm and was at the midline of the occipital bone and 45mm from the foramen magnum around the EOP. The regions of the occipital bone with thicknesses >8mm, was 2cm lateral of the EOP at the level of the SNL and 2.5cm inferior to the EOP. We evaluated the occipital plates and their position of the screw holes in regard to the thickness and the venous 7 sinus presence. Only one plate had all screw holes located in areas with an occipital bone thicknesses >8mm. Conclusion: For each occipital screw hole in the four occipital plates, there was a possibility of VS presence ranging from 8-33% with the highest presence around the EOP. Regarding to the thickness of the occipital bone our topographic map showed that the areas with enough screw purchase (>8mm) were within a limited region. Our biometric map of the presence of the VS and the occipital bone thickness can support surgeons in preventing and reducing complications like VS injuries and to achieve a stable fixation with enough screw purchase.