骨科導(dǎo)航技術(shù)在上頸椎手術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

禤天航 綜述，曹正霖，王 剛 審校

（佛山市中醫(yī)院骨科，廣東 佛山 528000）

骨科導(dǎo)航技術(shù)在上頸椎手術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

禤天航 綜述，曹正霖，王 剛 審校

（佛山市中醫(yī)院骨科，廣東 佛山 528000）

上頸椎手術(shù)往往因其復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)以及眾多的變異使得手術(shù)難度及風(fēng)險(xiǎn)加大，而且這些手術(shù)要求醫(yī)生對(duì)上頸椎的手術(shù)操作相當(dāng)熟悉。而近年來(lái)骨科導(dǎo)航興起，使手術(shù)的定位及操作更加準(zhǔn)確，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大大降低。本文總結(jié)了導(dǎo)航技術(shù)在上頸椎領(lǐng)域的研究進(jìn)展、成果以及對(duì)未來(lái)的展望。

上頸椎；寰樞椎；顱頸交界；導(dǎo)航技術(shù)

骨科導(dǎo)航技術(shù)是計(jì)算機(jī)發(fā)展所帶來(lái)的骨科技術(shù)的新變革。所謂的導(dǎo)航，簡(jiǎn)而言之就是逆向工程原理，利用信號(hào)傳輸以及接收發(fā)射器的位置，通過(guò)計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確地計(jì)算出各位置點(diǎn)的有效位置數(shù)據(jù)，并虛擬出相關(guān)的手術(shù)角度及深度，使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖像以及動(dòng)畫，可以讓醫(yī)生準(zhǔn)確了解患者病變部位有無(wú)解剖變異并且分析模擬手術(shù)的可行性?，F(xiàn)把目前骨科導(dǎo)航在上頸椎領(lǐng)域的研究及成果綜述如下：

1 目前的脊柱導(dǎo)航的分類

1.1 “C”或”G”型臂透視二維圖像導(dǎo)航 在手術(shù)當(dāng)中通過(guò)X線獲得圖像并輸入計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)引導(dǎo)下進(jìn)行手術(shù)，好處是術(shù)中能即時(shí)更新，不需術(shù)前模擬，但是不能得到三維圖像，這項(xiàng)技術(shù)更多應(yīng)用在腰椎及下胸椎。

1.2 術(shù)前CT三維導(dǎo)航 術(shù)前通過(guò)CT對(duì)手術(shù)段進(jìn)行三維重建，制定手術(shù)方案，然后確定術(shù)中可分辨的標(biāo)記點(diǎn)，術(shù)中通過(guò)動(dòng)態(tài)參考系統(tǒng)進(jìn)行匹配，成功匹配后進(jìn)行置釘。這項(xiàng)技術(shù)在頸椎及上胸椎應(yīng)用相對(duì)較多。

1.3 術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航(ISO-C) 這一項(xiàng)技術(shù)通過(guò)術(shù)中C臂機(jī)對(duì)手術(shù)段進(jìn)行三維重建，并把圖像傳回導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)匹配，無(wú)需進(jìn)行人工點(diǎn)、面照合，雖然圖像較CT圖像模糊，但可以克服CT三維導(dǎo)航術(shù)中因體位變化等人為因素對(duì)真實(shí)圖像的影響，并克服點(diǎn)選擇及人工選擇之間的誤差所帶來(lái)的匹配不成功。市面上這種導(dǎo)航越來(lái)越受到術(shù)者的青睞。

1.4 超聲、MRI、PET-CT導(dǎo)航 目前國(guó)內(nèi)較少用于應(yīng)用，因價(jià)格更加昂貴，在國(guó)外偶有報(bào)導(dǎo)，在脊柱領(lǐng)域多應(yīng)用于腫瘤的切除。

2 導(dǎo)航下上頸椎手術(shù)研究進(jìn)展及成果

2.1 上頸椎前路頸前路手術(shù) 導(dǎo)航已被用于各種脊柱手術(shù)，但其在上頸椎前路的使用及相關(guān)報(bào)道是較為有限的，其原因如下：(1)上頸前路手術(shù)相對(duì)后路手術(shù)更為直接；(2)上頸椎前路手術(shù)較后路置釘更為成熟；(3)前路手術(shù)注冊(cè)相對(duì)容易失敗，且更易產(chǎn)生圖像“漂移”誤差。但是頸前路手術(shù)使用導(dǎo)航還是很有必要的，特別是在齒狀突骨折時(shí)候選擇前路放置齒狀突螺釘及椎體腫瘤的切除時(shí)。齒狀突螺釘可對(duì)骨折線加壓起促進(jìn)愈合作用，既能恢復(fù)寰樞椎的穩(wěn)定性，也能保持寰樞椎的旋轉(zhuǎn)活動(dòng)功能，但置釘時(shí)固定空間較小，周圍緊鄰頸髓和延髓，若再因齒狀突的先天性狹小缺損等變異無(wú)疑會(huì)加大大增加手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的手術(shù)靠術(shù)中時(shí)X線透視置入導(dǎo)針，一旦導(dǎo)針位置偏差或錯(cuò)誤，難以使固定牢靠，而且須保證一次置釘?shù)轿?，因?yàn)橥顺龊笾匦轮冕斂墒孤葆斔蓜?dòng)甚至術(shù)后退出。術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航技術(shù)用雙光束可顯示多方位影像，動(dòng)態(tài)模擬進(jìn)釘手術(shù)路線及位置，提高手術(shù)的準(zhǔn)確性，避免了因?qū)п樜恢缅e(cuò)誤重放置造成的骨不連等并發(fā)癥[1]。目前常用的ISO-C3D導(dǎo)航技術(shù)頸椎前路空心螺釘治療齒狀突骨折的適應(yīng)證[2]主要有：(1)齒狀突橫向骨折：Ⅱ型、某些Ⅲ型如基底部橫型骨折(2)齒狀突不愈。陳孝均[3]報(bào)導(dǎo)了他們ISO-C 3D導(dǎo)航下頸前路空心螺釘治療齒狀突骨折的成果，20例單螺釘固定和7例雙螺釘固定均達(dá)到理想置釘位置，術(shù)后均骨折愈合，無(wú)并發(fā)癥的發(fā)生。Pirris等[4]在術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航下進(jìn)行頸椎前路手術(shù)，術(shù)中使用兩套系統(tǒng)，包括BrainLAB (BrainLAB，Westchester,Illinois)系統(tǒng)及Stealth系統(tǒng)(Medtronic Inc，Littleton,Massachusetts)，對(duì)22例病例(包括前路寰樞椎不穩(wěn)行齒狀突螺釘固定等)進(jìn)行切開(kāi)、減壓、前路齒狀突螺釘置釘，術(shù)后導(dǎo)航置釘位置比非導(dǎo)航組位置好,術(shù)后無(wú)一病例需要翻修。而治療陳舊性齒狀突骨折往往因其不愈合率而不得不放棄前路而用后路融合方法，但賈宏磊[1]利用導(dǎo)航技術(shù)的精確性在使用前路齒狀突螺釘治療陳舊性骨折取得一定的效果，3例患者均得到骨性融合。他們得出經(jīng)驗(yàn)是在導(dǎo)航下置齒狀突螺釘，若骨折線為橫行、移位不大時(shí)可用l枚螺釘固定。但l枚螺釘難以維持穩(wěn)定位置時(shí)，比如粉碎性骨折或游離骨折，需雙釘固定。而有鑒于前路注冊(cè)失敗率相對(duì)較高情況，張波等[5]探討使用ISO-C3D導(dǎo)航前路齒狀突螺釘手術(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)把導(dǎo)航示蹤器放在Mayfield頭架上，可有效避免了術(shù)中不小心的觸碰產(chǎn)生圖像的“漂移”誤差，提高注冊(cè)準(zhǔn)確性。

2.2 上頸椎后路手術(shù) 上頸椎后路的安全置釘，一直是脊柱外科的一個(gè)難題，尤其是寰椎的置釘，一方面寰椎“椎弓根”較其他頸椎的小。另一方面，該部位時(shí)有變異以及缺如、椎動(dòng)脈變異、“椎弓根”骨折或寰椎側(cè)塊骨折造成后路置釘難度加大。所以各界不斷尋求一種相對(duì)安全的后路置釘方式。目前比較常用的有Magerl寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘，其固定相對(duì)于Gallie、Brooks及Halifaxs椎板甲固定融合技術(shù)在生物力學(xué)上有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，但在寰樞椎不能完全復(fù)位。鵝頸畸形或駝背、肥胖的情況下置入困難，影響固定強(qiáng)度。椎弓根螺釘系統(tǒng)和側(cè)塊螺釘系統(tǒng)有輕度移位的復(fù)位作用，Goel和Harms技術(shù)則采用寰樞側(cè)塊后方置釘和樞椎椎弓根釘棒技術(shù)，較Magerl技術(shù)更穩(wěn)固，而且C1-2的關(guān)節(jié)面得以保留，但也易損傷神經(jīng)及血管。Goel、HARMS技術(shù)均要切開(kāi)靜脈叢，顯露側(cè)塊和頸2神經(jīng)根，從而不可避免導(dǎo)致靜脈叢出血，有時(shí)候止血比較困難，Goe等[6]報(bào)道了2例患者因出血過(guò)多而不得不改變手術(shù)的方式，如行寰椎關(guān)節(jié)間加壓，對(duì)枕大神經(jīng)產(chǎn)生刺激。與此同時(shí)，側(cè)塊螺釘與樞椎螺釘?shù)拈g距更窄，安放橫連困難，穩(wěn)定強(qiáng)度受到一定的限制。而考慮到“椎弓根”的生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)，經(jīng)寰椎后弓螺釘逐步受到大家關(guān)注。C1后弓下方深部解剖結(jié)構(gòu)可不必顯露，損傷率也可降低，而且椎弓根釘在橫連加壓時(shí)可起到復(fù)位的作用。這也是前述的方法難以具有的。寰椎椎弓根釘技術(shù)也是目前流行而有效的技術(shù)，但是難度相對(duì)也更大，且有學(xué)者認(rèn)為椎動(dòng)脈溝處寰椎后弓高度小于4 mm應(yīng)考慮側(cè)塊螺釘技術(shù)[7]。所以，配合骨科導(dǎo)航技術(shù)下置釘，能把以上幾種術(shù)式的優(yōu)勢(shì)安全地發(fā)揮出來(lái)，并加快手術(shù)時(shí)間、減少出血量及螺釘穿破皮質(zhì)的概率。例如Uehara等[8]利用CT三維導(dǎo)航導(dǎo)航下Magerl技術(shù)治療寰樞椎不穩(wěn)，螺釘穿孔率僅為2.6%，沒(méi)有神經(jīng)癥狀，遠(yuǎn)期隨訪沒(méi)有患者沒(méi)有產(chǎn)生不適，全部病例均能融合。Yang等[9]把24例寰樞椎不穩(wěn)的患者隨機(jī)編入ISO-C三維導(dǎo)航導(dǎo)航組并與微創(chuàng)組并進(jìn)行比較，兩組均使用寰椎側(cè)塊及樞椎椎弓根釘棒系統(tǒng)，導(dǎo)航組的平均手術(shù)時(shí)間為(130±5.4)min，平均出血量為(304.2±47.9)ml，遠(yuǎn)低于微創(chuàng)組，術(shù)后6個(gè)月亦均取得骨性融合。而結(jié)合打印出來(lái)的3D導(dǎo)航模板來(lái)進(jìn)行手術(shù)，則加大了手術(shù)安全性與準(zhǔn)確性，王建華等[10]對(duì)3例齒狀突骨折并樞椎前脫位及1例齒狀突旋轉(zhuǎn)性脫位的患者在導(dǎo)航下行后路寰樞椎椎弓根釘棒固定術(shù)，他們將術(shù)前CT掃描寰樞椎薄層，將所得圖像輸入Mimics軟件三維建模型，再進(jìn)行寰樞椎結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計(jì)好釘?shù)?，同時(shí)采用逆向工程技術(shù)設(shè)計(jì)相應(yīng)導(dǎo)航模板，并將其打印出來(lái)設(shè)計(jì)以作術(shù)前術(shù)中參考，也取得了相當(dāng)良好的效果。而兒童的寰椎后弓相對(duì)于成人而言更加狹小，置釘更具挑戰(zhàn)性。Attia等[11]利用O-型臂X線透視儀(O-arm)輔助脊柱導(dǎo)航在兒童的寰樞關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性旋轉(zhuǎn)脫位進(jìn)行置釘椎弓根置釘，效果亦相當(dāng)不錯(cuò)，7例病例中均無(wú)螺釘穿透皮質(zhì)。臨床研究表明，透視下或解剖標(biāo)志下置入上頸椎螺釘?shù)墓瞧べ|(zhì)穿出率可達(dá)29%～47%[12-13]，盡管出現(xiàn)報(bào)道的神經(jīng)、血管并發(fā)癥較少，但是通過(guò)骨科導(dǎo)航技術(shù)下置釘，這些意外往往能減少。

2.3 顱頸交界區(qū)手術(shù) 顱頸交界區(qū)的解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還涉及眾多的生物力學(xué)問(wèn)題，所以一直都是手術(shù)的難點(diǎn)，特別是腹側(cè)，有延髓、顱神經(jīng)、椎動(dòng)脈等重要結(jié)構(gòu)，易于受壓。經(jīng)口入路是一個(gè)較好的直接減壓選擇，但是這個(gè)入路方式危險(xiǎn)性較大，故常配合導(dǎo)航可準(zhǔn)確地進(jìn)行手術(shù)操作。Vougioukas等[14]通過(guò)Stryker導(dǎo)航下經(jīng)口入路幫3例患者摘除顱頸交界區(qū)的腫瘤及一個(gè)風(fēng)濕性寰樞椎半脫位患者減壓置釘，他們術(shù)前模擬手術(shù)方法和手術(shù)路線，使手術(shù)范圍誤差小于1 cm。Temier等[15]報(bào)道了經(jīng)口治療斜坡及寰樞椎病變，包括唐氏綜合征13例、先天性骨性畸形3例、斜坡腫瘤8例、他們應(yīng)用Halo架上的固定環(huán)作為額外的注冊(cè)標(biāo)志點(diǎn)，大大提高注冊(cè)準(zhǔn)確度，結(jié)果顯示導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確性可滿足經(jīng)口入路手術(shù)的需要。但是，臨床上有的患者即使前方壓迫解除，但由于關(guān)節(jié)失穩(wěn)，仍可出現(xiàn)脫位導(dǎo)致加重，而且，先天性枕頸區(qū)畸形常伴有寰樞椎結(jié)構(gòu)不完整，所以為了獲得良好的穩(wěn)定性需要跨越多節(jié)段行枕頸內(nèi)固定融合術(shù)，例如枕頸畸形，常可采用后路融合的方式以維持關(guān)節(jié)的穩(wěn)定。Yu等[16]利用三維CT導(dǎo)航輔助下治療復(fù)雜的枕頸畸形也取得不錯(cuò)的效果，置釘準(zhǔn)確率達(dá)98.1%，較準(zhǔn)精度可平均達(dá)到1.8 mm。Neo等[17]通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比得出結(jié)論：經(jīng)驗(yàn)不足的醫(yī)生在開(kāi)展枕頸交界領(lǐng)域的手術(shù)時(shí)使用導(dǎo)航，手術(shù)精度更高，能更有效了解該區(qū)域的解剖變異，更好地掌握進(jìn)釘深度，以保護(hù)相關(guān)組織，所以在導(dǎo)航技術(shù)下輔助顱頸交界區(qū)手術(shù)還是一個(gè)安全的選擇。

3 骨科導(dǎo)航在上頸椎領(lǐng)域的未來(lái)展望

骨科導(dǎo)航有眾多的優(yōu)點(diǎn)，特別是在精確的定位以及減少醫(yī)護(hù)人員射線量的攝入等方面。Gebhard等[18]比較了脊柱手術(shù)中使用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助手術(shù)與常規(guī)透視手術(shù)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Iso-C計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助手術(shù)醫(yī)護(hù)人員的射線攝入量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)透視手術(shù)。但是其也存在一定的缺點(diǎn)，在使用CT導(dǎo)航技術(shù)情況下，由于體位的變化、椎板的咬除等人為因素，往往使手術(shù)的定位容易產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致術(shù)前與術(shù)中的數(shù)據(jù)匹配出現(xiàn)偏差，使得數(shù)據(jù)需要重建，而且其追蹤系統(tǒng)常常容易受到干擾，強(qiáng)光的影響、血跡的遮擋都會(huì)對(duì)對(duì)其造成干擾[19]。李書綱等[20]報(bào)導(dǎo)的36例導(dǎo)航下行脊柱椎弓根螺釘固定術(shù)的患者中有9例未能行導(dǎo)航，其中7例因?yàn)槿S注冊(cè)誤差＞1.5 mm而失敗，2例因?yàn)閷?dǎo)航提示的進(jìn)釘點(diǎn)與解剖標(biāo)志明顯不符而失敗。與此同時(shí)，過(guò)高的儀器費(fèi)用與相對(duì)較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)曲線也是阻礙這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的的重要因數(shù)[21]。因此，目前脊柱導(dǎo)航系統(tǒng)往往在某些大型醫(yī)院只作為一種準(zhǔn)確的定位手術(shù)輔助工具，而不能代替經(jīng)驗(yàn)豐富的脊柱外科醫(yī)生。而展望未來(lái)，國(guó)際對(duì)導(dǎo)航的研究更注重于與微創(chuàng)技術(shù)及醫(yī)療3D打印技術(shù)、有限元技術(shù)、虛擬手術(shù)技術(shù)、機(jī)器人手術(shù)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，將會(huì)使上頸椎骨科導(dǎo)航技術(shù)向更加科技化、多元化方面發(fā)展。并且隨著科技的不斷進(jìn)步，筆者相信這一項(xiàng)技術(shù)將會(huì)越來(lái)越成熟和完善，也相信更多更加先進(jìn)的科技會(huì)運(yùn)用在上頸椎外科等脊柱外科領(lǐng)域。

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Application of orthopaedic navigation technology in upper cervical spine surgery.

XUAN Tian-hang,CAO Zheng-lin,WANG Gang.Department of Orthopaedics,Foshan Hospital of TCM,Foshan 528000,Guangdong,CHINA

Because of complex anatomical structures and variation,upper cervical spine surgery seems to be so difficult and risky for doctors,which requires the doctors to be quite familiar with upper cervical operation.In the recent years,the development of orthopedic navigation greatly improves the accuracy of the surgery and reduces the risk of surgery.This paper summarizes the research progress,the achievements in the field of navigation technology in upper cervical spine,as well as the vision of the future.

Upper cervical spine;Atlantoaxial;Craniocervical junction;Navigation technology

R687.3

A

1003—6350（2015）08—1180—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.08.0421

2014-10-14)

曹正霖。E-mail：fstcmcaozhenglin@sohu.com