提高椎弓根置釘準確率的技術(shù)

郭家良(綜述)，侯志勇(審校)

(河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院創(chuàng)傷急救中心，河北省骨科生物力學重點實驗室，河北 石家莊 050051)

自20世紀50年代，Boucher等[1]提出椎弓根螺釘并由Roy-Camille等[2-3]進行推廣后，使得胸腰椎骨折等脊柱疾病患者的治療有了新方法。隨著椎弓根釘?shù)膹V泛應(yīng)用，其造成的醫(yī)源性損傷逐漸被大家認識，并促使醫(yī)學界應(yīng)用C型臂輔助透視、CT導(dǎo)航等多種手段來提高置釘?shù)臏蚀_性，如術(shù)后X線、CT來驗證手術(shù)置釘?shù)臏蚀_性，而如何提高術(shù)中置釘?shù)臏蚀_性，一直是醫(yī)學界爭論的焦點。

1 X線透視技術(shù)提高椎弓根螺釘透視準確性

最為傳統(tǒng)的方法為常規(guī)正側(cè)位透視法，正位X線片用來判斷椎弓根釘偏內(nèi)偏外的情況，當椎弓根釘穿過中線時，常常判斷為置釘偏內(nèi)；側(cè)位X線片用來判斷所置椎弓根釘?shù)念^尾側(cè)偏移情況，以免誤傷神經(jīng)根,可以觀察椎弓根釘是否穿透上下方椎板，以調(diào)整椎弓根的入釘角度。Lee等[4]對48例因各種頸椎疾病需行頸椎融合術(shù)的患者進行頸椎弓根螺釘固定，分析了正位X線片上205枚螺釘，其螺釘頂端與側(cè)塊外側(cè)緣、其尖端與椎鉤關(guān)節(jié)的位置關(guān)系。①頭部與側(cè)塊之間的位置關(guān)系分為3種，螺釘頂端的核心與側(cè)塊外側(cè)緣相交被稱為居中，當核心位于側(cè)塊邊緣內(nèi)側(cè)且與該邊緣分離時被稱為偏內(nèi)，位于外側(cè)且不與外側(cè)邊緣相交則為偏外；②通過螺釘尖端與上下椎鉤關(guān)節(jié)區(qū)域內(nèi)外側(cè)緣的位置關(guān)系，將尖端的位置分為3類，位于椎鉤關(guān)節(jié)區(qū)域內(nèi)側(cè)定義為“位置0”，之間為“位置1”，外側(cè)為“位置2”，通過虛擬的標準螺釘長度(應(yīng)用公式1△側(cè)位=虛擬標準螺釘長度-測量的螺釘長度，2△正位=△側(cè)位×tanα 來對螺釘?shù)奈恢眠M行標準化)并通過術(shù)后CT進行驗證，得出理想的位置，螺釘?shù)捻敳课挥陬i椎側(cè)塊的外緣(居中)，螺釘尖端位于椎鉤關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)(“位置0”)，此種置釘手段很大程度上避免了椎弓根釘穿透皮質(zhì)，從而防止了并發(fā)癥的發(fā)生，故術(shù)中單純X線攝像是能夠幫助辨別可能穿出椎弓根的螺釘，以便于術(shù)中的調(diào)整。

G型臂的出現(xiàn)，極大方便了術(shù)者對于術(shù)中置釘準確性的監(jiān)測，是從C型臂演化而來的設(shè)備，方便了術(shù)中操作，減少了不必要的操作污染，提高了椎弓根釘?shù)闹萌氲臏蚀_性，使經(jīng)皮椎弓根置入得以在基層醫(yī)院發(fā)展。

椎弓根軸位透視在頸椎、腰椎置釘過程中有著很實用的價值。椎弓根軸位是指導(dǎo)螺釘置入的標準透視位置，Idler等[5]對326枚經(jīng)皮椎弓根螺釘?shù)闹萌脒M行分析( L3～S1)，通過軸位也被稱作“鷹眼位”的透視方法得出，軸位相可以大大提高螺釘置入的準確性。 Yukawa等[6]報道了144例患者行頸椎弓根固定，通過應(yīng)用椎弓根軸位技術(shù)，620枚螺釘中有57例顯示已經(jīng)穿出椎弓根壁，但是螺釘直徑的50%以上仍然位于椎弓根內(nèi)；24例留在椎弓根內(nèi)的螺釘直徑<50%。正軸位相的獲得，可能需要大量術(shù)中透視，而且由于術(shù)中存在諸如較為粗大的螺釘頭部、各種麻醉監(jiān)測設(shè)備以及定位框架，可能使得椎弓根軸位相不能在臨床工作中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，這也促進了我們通過研究術(shù)中正側(cè)位透視方法來提高置釘?shù)臏蚀_性。

腰椎雙斜位透視，患者仰臥位,健側(cè)身體抬高使其冠狀面與檢查床面成 45°角，標準的腰椎斜位片應(yīng)該包括腰椎及腰骶關(guān)節(jié);各椎弓根投影于椎體影像中或前 1/ 3 處,受檢側(cè)椎間關(guān)節(jié)間隙呈切線狀,投影于椎體后 1/ 3;椎間隙顯示良好,第 3 腰椎上、下面的兩側(cè)緣應(yīng)重合為一致密線狀影,無雙重影像;與椎體相重疊的椎弓部骨質(zhì)結(jié)構(gòu),顯示應(yīng)清晰分明;無明顯偽影;層次豐富,對比良好，雙斜位有助于觀察椎體的微小結(jié)構(gòu)，但其臨床應(yīng)用價值不及頸椎的雙斜位[7]。

2 機器人輔助技術(shù)輔助術(shù)中置釘

機器人輔助系統(tǒng)包括：①一個有部分移動度的可拆卸的圓柱形裝置；②一個工作站，能夠便于術(shù)前計劃、術(shù)中影像資料的獲取與注冊、運動計算以及機器人移動的實時監(jiān)測。為了改善置釘?shù)臏蚀_性，Marcus等[8]在對246篇文獻進行篩查后，對機器人輔助和影像學輔助置釘做了一個系統(tǒng)全面的回顧性研究，并對置釘準確性、術(shù)中放射劑量、手術(shù)時長等方面進行了匯總?？紤]到機器人所需的高昂治療費用，以及有待出現(xiàn)的更高質(zhì)量的驗證文獻之后認為，機器人的應(yīng)用還需要大量臨床實踐來進行驗證。

3 計算機技術(shù)與X線技術(shù)、CT技術(shù)相結(jié)合提高椎弓根置釘?shù)臏蚀_性

X線與計算機技術(shù)、光學、電磁學或者聲學技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了二維、三維導(dǎo)航系統(tǒng)來指導(dǎo)椎弓根釘置入。二維導(dǎo)航系統(tǒng)是一種較早的導(dǎo)航系統(tǒng)，是X線與導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。等中心C型臂的出現(xiàn)令X線也能呈現(xiàn)三維立體圖像[9-10]。電磁導(dǎo)航系統(tǒng)由于電磁的干擾，近些年來，其發(fā)展速度明顯低于其他導(dǎo)航系統(tǒng)。

CT與計算機技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了置釘?shù)亩喾轿徊榭?、以及實時監(jiān)測，Gebhard等[11]報道該項技術(shù)使椎弓根螺釘植入的正確率達90%以上?；诠鈱W紅外線技術(shù)基礎(chǔ)產(chǎn)生的影像三維導(dǎo)航系統(tǒng)，需要影像的獲取，將數(shù)據(jù)輸入工作站；手術(shù)計劃的制定；以及實現(xiàn)影像空間與手術(shù)空間的配對，以免因體位的改變造成誤差，影響置釘?shù)臏蚀_性。導(dǎo)航系統(tǒng)主要由動態(tài)定位框架、紅外攝像機、計算機工作站等設(shè)備構(gòu)成。Assaker等[12]對80例椎弓根釘進行分組，發(fā)現(xiàn)影像輔助椎弓根置入術(shù)，其發(fā)生椎弓根釘穿破的概率要小于單單依靠X線技術(shù)的概率，且成像技術(shù)能夠準確地提供椎弓根軸位相，這對椎弓根的置入有很大的指導(dǎo)意義。

錐形束CT(cone-beam CT，CBCT)是一種新型計算機斷層成像技術(shù)，具有影像分辨率高、掃描時間短、操作簡單、放射劑量小等優(yōu)勢，因此基于CBCT的影像導(dǎo)航技術(shù)開始逐漸用于脊柱外科手術(shù)。CBCT與普通螺旋CT的最大區(qū)別在于普通螺旋CT的投影數(shù)據(jù)是一維的，重建后的圖像數(shù)據(jù)是二維的，重組的三維圖像是連續(xù)多個二維切片堆積而成的，其圖像金屬偽影較重。而CBCT的投影數(shù)據(jù)是二維的，重建后直接得到三維圖像[13]。

CBCT的代表之一為O型臂。新一代便攜式CT掃描儀O型臂的出現(xiàn)，為術(shù)中的定位提供了很大幫助，能提供標準二維以及三維立體圖像，其特點包括與傳統(tǒng)手術(shù)臺的兼容性，較高的圖像分辨率，能夠大范圍的覆蓋術(shù)區(qū)，其圓形設(shè)計在不需要重新定位的前提下，實現(xiàn)多平面的圖像采集，匹配的二極管射線接收器可以與導(dǎo)航系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用，從而實現(xiàn)自動注冊,其另外一個優(yōu)點就是及時糾正錯誤，避免了二次手術(shù)。

Sembrano等[14]在對100例患者應(yīng)用O型臂后發(fā)現(xiàn)，其能夠有效地檢出腰椎減壓術(shù)后殘留狹窄、誤置椎弓根釘以及神經(jīng)纖維瘤相關(guān)脊柱側(cè)凸的椎弓根短小畸形。Santos等[15]應(yīng)用O型臂對9具尸體(C2 to S1)共419枚螺釘進行研究，以切開椎體辨認作為檢驗椎弓根釘置入準確性的金標準。將螺釘?shù)奈恢梅譃?組，居中組、偏內(nèi)組與偏外組，胸腰椎置釘?shù)臏蚀_率、特異度、敏感度、陽性預(yù)測值與陰性預(yù)測值分別達到73%、76%、71%、74%、72%。對于頸椎置釘?shù)臏蚀_性稍差。而之后作者再此基礎(chǔ)之上，通過統(tǒng)計學分析得出，結(jié)合術(shù)者憑經(jīng)驗對螺釘進釘點位置的感知，可以進一步增加該種技術(shù)的準確性[16]。O型臂的應(yīng)用，并不能顯著提高椎弓根置釘?shù)臏蚀_率，但在置釘所花費的時間方面以及術(shù)者所受的放射劑量方面，較C型臂組有明顯減少[13]。Gianaris等[17]應(yīng)用該項新技術(shù)，對10例脊椎病變的患者直接行經(jīng)皮椎弓根螺釘植入術(shù)，既避免了術(shù)中應(yīng)用克氏針可能對周圍神經(jīng)血管的損害，也防止了克氏針可能出現(xiàn)的彎曲、變形，從而導(dǎo)致置釘準確性的降低。

導(dǎo)航系統(tǒng)有很多不足之處，其費用昂貴，不利于基層醫(yī)院開展。雖然O型臂的出現(xiàn)，實現(xiàn)了自動注冊、實時術(shù)中監(jiān)測，而且不需要對點匹配以及表面匹配，但光學導(dǎo)航系統(tǒng)自身存在的不可避免的術(shù)中對光學信號傳導(dǎo)的遮擋問題，仍有待解決,此外，追蹤器距離定位椎體越遠，如果超出3個階段，那么其穿透椎弓根的概率可以顯著增高，當位于2個以內(nèi)時，其概率可以減半。

由此有人提出了應(yīng)用導(dǎo)航模板，根據(jù)患者脊柱后方的解剖結(jié)構(gòu)，利用逆向工程原理以及快速成形技術(shù)生成個體化模具，用于指導(dǎo)術(shù)中椎弓根釘?shù)臏蚀_置入。將螺旋CT的掃面結(jié)果輸入到工作站內(nèi)，通過三維重建軟件將目標椎體進行重建，從而設(shè)計最佳孔道及所需要的螺釘直徑，然后利用快速成形技術(shù)生產(chǎn)出相應(yīng)的導(dǎo)航模板。Merc等[18]通過對20例患者進行試驗結(jié)果得出，在導(dǎo)航模板組，椎弓根釘穿出皮質(zhì)的概率相比較利用人工觸摸定位，減少了許多。Ma等[19]通過對20具胸椎標本共240例椎弓根螺釘進行研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)航模板應(yīng)用于胸椎同樣能明顯減少螺釘?shù)恼`置率，而且與人工置釘相比較，明顯縮短了技術(shù)的學習周期，有利于臨床推廣。但該項技術(shù)也存在許多缺陷，模板需要同相應(yīng)的骨性解剖結(jié)構(gòu)相匹配，才能實現(xiàn)準確置釘，故術(shù)中將相應(yīng)椎體背側(cè)的軟組織剝離干凈，對骨性結(jié)構(gòu)不能有任何破壞，術(shù)中導(dǎo)航模板不能有任何的移位、滑動，才能保證其緊密貼合于相應(yīng)的骨性解剖結(jié)構(gòu)。也有學者[20]通過自制的椎弓根定位導(dǎo)向器，來提高頸椎椎弓根螺釘植入的準確性。賈衛(wèi)斗等[21]運用該種方法治療了193例下頸椎傷患者，成功率達到98.07%。

Gelalis等[20]對比分析利用人工置入、X線輔助以及導(dǎo)航系統(tǒng)進行椎弓根釘?shù)闹萌?，X線輔助時的準確率為81%～92%，導(dǎo)航輔助時的準確率為89%～100%。

4 總 結(jié)

如何在術(shù)中找到一種真正簡單易行的透視方法，來提高術(shù)中置釘?shù)臏蚀_性從而及時更改螺釘位置,研究者及臨床工作者們在各個領(lǐng)域都有廣泛的嘗試，但是對于導(dǎo)航、軸位等的準確性，還有待于進一步考證，相信不久的將來必將會出現(xiàn)一套完整的術(shù)中系統(tǒng)，可以為脊柱椎弓根置入術(shù)提供一個良好的平臺，從而減少不必要的醫(yī)源性損傷。

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