改良二維X線導(dǎo)航模擬椎體三維影像引導(dǎo)胸腰段椎弓根釘內(nèi)固定的臨床應(yīng)用

劉恩志，郭東明，蔡維山

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助下的椎弓根內(nèi)固定技術(shù)在脊柱外科領(lǐng)域有了突破性進(jìn)展，在導(dǎo)航系統(tǒng)的引導(dǎo)下，椎弓根釘內(nèi)固定手術(shù)的精確性和安全性得到了顯著提高。我院自2005年3月～2009年3月應(yīng)用改良二維X線導(dǎo)航通過(guò)模擬椎體三維影像的方式引導(dǎo)胸腰段椎弓根釘內(nèi)固定，治療66例胸腰椎體爆裂骨折及腰椎滑脫等疾病，獲得良好效果，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本組66例患者，男39例，女27例。年齡21～68歲，平均年齡43.5歲。其中腰椎滑脫18例（L3/42例、L4/59例、L5/S17例），腰椎不穩(wěn)25例（L3/43例、L4/59例、L5/S15例、L3/4～L4/5兩節(jié)段3例、L4/5～L5/S1兩節(jié)段5例），胸腰段骨折23例（T128例，L112例，L2～L43 例）。后凸 Cobb 角 20.5°～34.5°（平均26.3°）；以相鄰椎體高度均值做參照，爆裂椎體高度丟失45%～65%（平均55%）。術(shù)前均行CT掃描。掃描節(jié)段：手術(shù)椎體及椎弓根平面、上下椎間盤(pán)。選取患者術(shù)前CT關(guān)節(jié)突中下部的椎弓根影像，測(cè)量其椎弓根的中軸線與椎體縱軸通過(guò)棘突中點(diǎn)連線的夾角。所有植入物均在計(jì)算機(jī)輔助骨科手術(shù)導(dǎo)航（Metronic Sofamor Danek Stealthstation Treon TM）引導(dǎo)下進(jìn)行。

1.2 手術(shù)方法

患者全麻俯臥位，后正中入路，顯露手術(shù)節(jié)段棘突與雙側(cè)關(guān)節(jié)突，將導(dǎo)航參考架固定于最上位手術(shù)椎節(jié)的棘突并向頭側(cè)傾斜。導(dǎo)航操作步驟包括：（1）采用帶校準(zhǔn)靶的C臂X線機(jī)一次性拍攝手術(shù)部位正側(cè)位及左右斜位X線片。左右斜位的角度可依術(shù)前CT測(cè)量椎弓根與椎體縱軸的角度確定。導(dǎo)航顯示屏顯示患者手術(shù)椎體正側(cè)位及左右斜位的圖像，斜位片椎弓根呈現(xiàn)橢圓形影像（即椎弓根軸位片）。（2）注冊(cè)帶有參考架的有線（主動(dòng)）導(dǎo)航手術(shù)器械，顯示屏顯示虛擬的手術(shù)器械圖像，該圖像與參考架的有線（主動(dòng)）導(dǎo)航手術(shù)器械相對(duì)應(yīng)。使用帶參考環(huán)的椎弓根開(kāi)路器在手術(shù)椎節(jié)的棘突上確定中線位置，即可在導(dǎo)航顯示屏的正位片上顯示導(dǎo)航配套器械與手術(shù)椎體棘突中線的矢狀?yuàn)A角。（3）根據(jù)椎弓根軸位片選擇椎弓根釘入釘點(diǎn)。當(dāng)導(dǎo)航虛擬的椎弓根開(kāi)路器尖部影像位于椎弓根橢圓形影像正中時(shí)，側(cè)位片上椎弓根釘虛擬影像亦通過(guò)側(cè)位片椎弓根的中部，即表示椎弓根釘入釘點(diǎn)位于椎弓根中點(diǎn)，標(biāo)定該入釘點(diǎn)。（4）根據(jù)導(dǎo)航的正側(cè)位片選擇矢狀面螺釘置入角（sagittal screw angle，SSA）和水平面螺釘置入角（transverse screw angle，TSA），TSA由術(shù)前CT測(cè)量所獲得的椎弓根與椎體縱軸的角度來(lái)確定。當(dāng)正位片顯示虛擬椎弓根釘進(jìn)釘?shù)腡SA等于術(shù)前測(cè)量的角度，側(cè)位片上顯示虛擬椎弓根釘影像通過(guò)椎弓根中部，斜位片上顯示虛擬的釘影像完全位于橢圓形椎弓根影內(nèi)時(shí)，則確認(rèn)入釘點(diǎn)和角度無(wú)誤，虛擬椎弓根釘完全位于椎弓根內(nèi)。由助手協(xié)助固定導(dǎo)航開(kāi)路器，術(shù)者小心使用導(dǎo)航開(kāi)路器在手術(shù)節(jié)段的椎弓根開(kāi)路后旋入椎弓根螺釘。所有椎弓根釘根據(jù)以上導(dǎo)航引導(dǎo)方法植入后，再以C臂X線機(jī)對(duì)手術(shù)節(jié)段再次攝片，獲取的影像與導(dǎo)航虛擬影像進(jìn)行匹配，之后完成相應(yīng)的腰椎節(jié)段減壓、復(fù)位和融合等手術(shù)過(guò)程。

1.3 置釘效果評(píng)估

在內(nèi)植物植入完成后，即拍攝相同投照條件下的手術(shù)椎節(jié)正側(cè)位及斜位X線片，觀察內(nèi)植物位置、導(dǎo)航虛擬路徑與實(shí)際椎弓根釘影像的位置差及角度偏差，同時(shí)根據(jù)椎弓根釘所在位置將術(shù)后手術(shù)椎節(jié)椎弓根層面的CT掃描結(jié)果分為4級(jí)：0級(jí)：椎弓根釘完全位于椎弓根內(nèi)；Ⅰ級(jí)：椎弓根釘涉及椎弓皮質(zhì)；Ⅱ級(jí)：椎弓根釘突破皮質(zhì)＜2 mm；Ⅲ級(jí)：椎弓根釘突破皮質(zhì)＞2 mm。

2 結(jié)果

本組66例手術(shù)共植入椎弓根釘280枚，在完成椎弓根釘植入后探查椎管神經(jīng)根，未發(fā)現(xiàn)有椎弓根釘突破椎弓根神經(jīng)管壁。影像學(xué)結(jié)果顯示，內(nèi)植物位置理想，導(dǎo)航虛擬路徑與實(shí)際椎弓根釘影像平均位置差為1.5 mm，角度平均偏差1.0°。術(shù)后66例患者的CT掃描結(jié)果顯示，全部椎弓根釘均位于椎弓根內(nèi)，未出現(xiàn)涉及或突破皮質(zhì)的現(xiàn)象。術(shù)后CT測(cè)量椎弓根釘與椎體縱軸之間的角度與術(shù)前預(yù)測(cè)的TSA平均偏差2.0°。典型病例見(jiàn)圖1。

3 討論

如何提高脊柱內(nèi)植物手術(shù)的精確度、降低內(nèi)固定失敗率，是脊柱醫(yī)師必須面對(duì)的臨床問(wèn)題。椎弓根內(nèi)固定技術(shù)的成功與否和術(shù)中椎弓根定位以及椎弓根置釘位置的準(zhǔn)確度密切相關(guān)。即使只有1枚椎弓根釘出現(xiàn)置釘位置不良，也會(huì)由于失去同側(cè)固定作用、不能承受相應(yīng)的載荷、受力不均衡而導(dǎo)致應(yīng)力集中在位置正常的一組釘棒系統(tǒng)，使作用于該系統(tǒng)的推拉力和負(fù)荷成倍或成數(shù)倍增加，最終導(dǎo)致斷釘。以往人們主要依靠術(shù)中對(duì)手術(shù)區(qū)域進(jìn)行多次多體位X線攝片來(lái)確定椎弓根螺釘?shù)拈L(zhǎng)度及進(jìn)釘方向，但目前研究認(rèn)為，避免螺釘位置不良的關(guān)鍵是正確的螺釘進(jìn)釘點(diǎn)和適當(dāng)?shù)穆葆斨踩敕较騕1-3]。利用導(dǎo)航系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)觀察椎弓根釘?shù)倪M(jìn)釘位置和植入方向，因此大大提高了置釘?shù)臏?zhǔn)確性和安全性。我院自2003年將二維導(dǎo)航系統(tǒng)用于輔助脊柱內(nèi)植物手術(shù)，使用導(dǎo)航系統(tǒng)配置的紅外線跟蹤設(shè)備動(dòng)態(tài)追蹤手術(shù)器械在病人解剖結(jié)構(gòu)的相應(yīng)位置，為術(shù)者提供與脊柱手術(shù)過(guò)程同步的、可視的、實(shí)時(shí)變化的二維影像。但在臨床實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，二維導(dǎo)航系統(tǒng)主要提供手術(shù)椎

體的正側(cè)位虛擬圖像，側(cè)位虛擬圖可以輔助手術(shù)醫(yī)師調(diào)整椎弓根釘?shù)腟SA，正位虛擬圖像可以輔助術(shù)者調(diào)整椎弓根釘進(jìn)入后的外展角度，但二維導(dǎo)航系統(tǒng)并不能提供手術(shù)椎體的TSA圖像，因而當(dāng)最初的椎弓根入釘點(diǎn)偏內(nèi)或偏外時(shí)，對(duì)椎弓根釘置入時(shí)應(yīng)采取多大角度才能沿椎弓根縱軸進(jìn)入椎體，系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能并未起到應(yīng)有的作用，故對(duì)于使用導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)椎弓根釘內(nèi)固定的手術(shù)而言，選擇入釘點(diǎn)是非常重要的。首先選擇正確的入釘點(diǎn)，然后再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)性椎弓根釘進(jìn)入椎體的矢狀角度，在導(dǎo)航系統(tǒng)的配合下即可成功完成整個(gè)椎弓根釘?shù)闹踩脒^(guò)程。

圖1 改良二維X線導(dǎo)航模擬椎體三維影像引導(dǎo)下腰4椎體滑脫椎弓根釘內(nèi)固定

早期我們?cè)谶\(yùn)用導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)腰椎椎弓根釘手術(shù)的過(guò)程中，入釘點(diǎn)通常采用Roy Camille法[4]或Magerl法[5]，入釘后螺釘一般與矢狀面呈15°夾角。Holly等學(xué)者[6-8]報(bào)道的臨床手術(shù)結(jié)果顯示，應(yīng)用二維導(dǎo)航系統(tǒng)輔助的方法引導(dǎo)椎弓根釘內(nèi)固定依然不能避免椎弓根釘侵犯椎弓根外側(cè)壁，其原因主要是術(shù)中導(dǎo)航未能提供準(zhǔn)確進(jìn)釘?shù)腡SA，所以只能通過(guò)減小進(jìn)釘TSA以預(yù)防螺釘侵犯內(nèi)側(cè)皮質(zhì)進(jìn)入椎管。故常規(guī)二維導(dǎo)航輔助椎弓根釘植入的成功率雖然較術(shù)中X光輔助徒手植入的方法有明顯提高，但仍然存在椎弓根釘植入失敗的可能性。

由于椎弓根有內(nèi)傾角，故在導(dǎo)航系統(tǒng)正位片上顯示的由椎弓根投影產(chǎn)生的影像并不能真實(shí)反映椎弓根的解剖結(jié)構(gòu)；使用正位片圖像判斷入釘點(diǎn)是否正確也存在一定偏差，因?yàn)榧词挂哉黄倒队暗闹悬c(diǎn)作為入釘點(diǎn)，也有可能發(fā)生入釘點(diǎn)過(guò)于偏內(nèi)或偏外的情況，特別是在關(guān)節(jié)突增生明顯時(shí)可能性更大；采用正位片的椎弓根投影作為術(shù)中椎弓根釘是否侵犯內(nèi)外側(cè)皮質(zhì)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)亦不夠準(zhǔn)確。因此，如何通過(guò)術(shù)中導(dǎo)航影像系統(tǒng)獲取正確的椎弓根解剖投影是迫切需要解決的問(wèn)題。

生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，只有當(dāng)椎弓根釘沿著椎弓根的解剖長(zhǎng)軸中心準(zhǔn)確植入并達(dá)理想深度，才能獲得最佳的穩(wěn)定性和最滿意的臨床療效[9]。術(shù)前CT能夠準(zhǔn)確測(cè)量椎弓根的直徑、方向，因此我們首先選取患者術(shù)前CT掃描的關(guān)節(jié)突中下部的椎弓根影像，將椎弓根的中軸線與椎體縱軸通過(guò)棘突中點(diǎn)連線的夾角作為術(shù)中斜位片的角度，即螺釘沿此TSA進(jìn)入可通過(guò)椎弓根的解剖長(zhǎng)軸直達(dá)椎體內(nèi)，而術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)夾角獲取的斜位片則是脊柱旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度的投照影像，這時(shí)從斜位片上可以觀察到椎弓根呈橢圓狀投影，在此角度斜位片中椎弓根的影像最大程度地接近于其真實(shí)的橫截面，因此，當(dāng)導(dǎo)航虛擬的開(kāi)路器尖端影像完全位于該斜位片的椎弓根橢圓狀投影的中點(diǎn)時(shí)，則表示虛擬的椎弓根釘入釘點(diǎn)最大可能性地接近實(shí)際的椎弓根中點(diǎn)。當(dāng)其虛擬的椎弓根釘影像完全位于斜位片的椎弓根橢圓型投影時(shí)，則表明虛擬的椎弓根釘釘?shù)勒_，并完全處于椎弓根內(nèi)。反之，當(dāng)虛擬椎弓根釘投影超出橢圓投影內(nèi)側(cè)時(shí)，則認(rèn)為虛擬的釘?shù)酪淹黄苾?nèi)側(cè)椎弓根皮質(zhì)，甚至有可能突入椎管內(nèi)；如其超出橢圓狀投影的外側(cè)邊，則推測(cè)釘?shù)烙锌赡芤淹黄谱倒鈧?cè)皮質(zhì)。如此，通過(guò)附加椎體斜位片獲得的椎弓根軸位片可以達(dá)到椎體椎弓根矢狀位片的效果，采用單純的二維導(dǎo)航可以獲得手術(shù)椎體的三維影像。手術(shù)醫(yī)師只需通過(guò)導(dǎo)航的監(jiān)測(cè)和引導(dǎo)即可簡(jiǎn)單、安全、精確地完成整個(gè)椎弓根釘?shù)闹踩脒^(guò)程。本組280枚椎弓根釘植入均采用這種改良二維導(dǎo)航輔助內(nèi)植物植入的方法進(jìn)行置釘，術(shù)后CT結(jié)果顯示全部螺釘均完全位于椎弓根內(nèi)，未見(jiàn)有侵犯椎弓根內(nèi)外側(cè)壁的現(xiàn)象發(fā)生，植入準(zhǔn)確率高于單純二維導(dǎo)航引導(dǎo)的椎弓根釘內(nèi)固定方法。

本研究的結(jié)果證實(shí)，該改良二維導(dǎo)航方法簡(jiǎn)單方便，僅選取正側(cè)位附加相應(yīng)左右的斜位片即可在導(dǎo)航系統(tǒng)中模擬手術(shù)椎體的正側(cè)位及椎弓根軸位的虛擬影像，從而更加精確地引導(dǎo)椎弓根釘?shù)闹踩?，手術(shù)效果可與三維導(dǎo)航的治療效果相媲美[10,11]。此方法亦可在頸椎、胸椎椎弓根釘?shù)闹踩胫屑右允褂?，從而提高頸椎和胸椎疾病椎弓根螺釘置釘?shù)臏?zhǔn)確性和安全性。

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