計(jì)算機(jī)導(dǎo)航與C臂透視下頸椎弓根置釘?shù)膶?shí)驗(yàn)研究

吳登將　楊進(jìn)順　陳為堅(jiān)

[摘要]目的 對術(shù)中計(jì)算機(jī)導(dǎo)航與普通C臂透視輔助下頸椎弓根置釘精確性的對比實(shí)驗(yàn)研究。方法 篩選出2013年6月～2016年6月我校解剖教研室提供的經(jīng)甲醛浸泡過成人頸椎標(biāo)本（C1～T1）16個(gè)，要求保留完整的后方、側(cè)方結(jié)構(gòu)，CT掃描排除骨質(zhì)疏松、椎弓根結(jié)構(gòu)細(xì)小不能置釘?shù)臉?biāo)本，隨機(jī)分為兩組。1組標(biāo)本在普通C型臂X線機(jī)正側(cè)位透視下進(jìn)行C2～C7實(shí)體置釘，另1組標(biāo)本在術(shù)中計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助下置入椎弓根螺釘。術(shù)后行CT掃描、三維重建頸椎椎弓根，評估置入螺釘?shù)木_性。結(jié)果 普通C臂透視下置入螺釘96枚，優(yōu)60枚（62.5%），可20枚（20.8%），差16枚（16.7%）；計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助下置入螺釘96枚，優(yōu)88枚（91.7%），可6枚（6.2%），差2枚（2.1%）。兩種置入頸椎螺釘方法的成功率比較（83.3% vs. 97.9%），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。結(jié)論 計(jì)算機(jī)導(dǎo)航法置釘較普通C臂透視下置釘準(zhǔn)確性有明顯提高。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)導(dǎo)航；C臂透視；頸椎；椎弓根螺釘

[中圖分類號] R687.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-4721（2018）6（c）-0064-04

[Abstract]Objective To compare the accuracy of intraoperative computer navigation and ordinary C-arm fluoroscopy in the placement of lower cervical pedicle screws.Methods Altogether 16 formalin-soaked adult cervical specimens（C1-T1） that were provided by Teaching and Research Section of Anatomy in our school from June 2013 to June 2016 were selected.The integrity of the posterior and lateral structure was required to be retained.CT scan was used to exclude specimens with osteoporosis and small pedicle screw structure that were unable to perform screw placement.The specimens were randomly divided into two groups，among which a group of specimens were placed in the C2-C7 entity under the positive lateral fluoroscopy of the normal C-arm machine；and another group of specimens were inserted into the pedicle screw under the guidance of intraoperative computer navigation.The CT scan and 3D reconstruction of the vertebral pedicle were performed to evaluate the accuracy of the screw placement.Results Altogether 96 screws were implanted under the fluoroscopy of C-arm，among which 60 （62.5%） were excellent，20 （20.8%） were good，16 （16.7%） were bad.And 96 screws were implanted by using computer navigation，among which 88 （91.7%） were excellent，6 （6.2%） were good，2 （2.1%） were bad.The success rate of two kinds of cervical screw insertion methods was compared （83.3% vs. 97.9%），with statistically significant difference （P<0.05）.Conclusion Compared with the conventional C-arm fluoroscopy，the accuracy of screw placement by using computer navigation is obviously improved.

[Key words]Computer navigation；C-arm fluoroscopy；Cervical spine；Pedicle screw

頸椎后路椎弓根內(nèi)固定具有優(yōu)越的生物力學(xué)穩(wěn)定性[1]，但因頸椎的解剖結(jié)構(gòu)變異大，椎弓根細(xì)小復(fù)雜，毗鄰椎動脈和脊髓神經(jīng)[2]，頸椎椎弓根置釘?shù)碾y度和風(fēng)險(xiǎn)大大增加，螺釘穿破椎弓根皮質(zhì)的概率較高[3]。近些年，計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展較快，已逐步應(yīng)用于脊柱外科[4]。本研究比較了計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助和C臂透視下置入頸椎椎弓根螺釘?shù)目尚行院途_性，為臨床尋找準(zhǔn)確、安全的置釘技術(shù)提供了很好的參考，現(xiàn)報(bào)道如下。

1材料與方法

1.1標(biāo)本篩選與分組

篩選出2013年6月～2016年6月我校解剖教研室提供的經(jīng)甲醛浸泡過成人頸椎標(biāo)本（C1～T1）16具，要求保留完整的后方、側(cè)方結(jié)構(gòu)，CT掃描排除骨質(zhì)疏松、椎弓根結(jié)構(gòu)細(xì)小不能置釘?shù)臉?biāo)本。隨機(jī)分組：甲組8具，在C臂正側(cè)位透視下置釘；乙組8具，在術(shù)中計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航下置釘。

1.2方法

頸椎標(biāo)本牢固固定，采用頸椎后入路正中切口，充分暴露椎體，分別置入C2～C7兩側(cè)椎弓根螺釘，椎弓根螺釘直徑3.0 mm、長度18～22 mm。兩組標(biāo)本置釘操作由熟練掌握椎弓根置釘技術(shù)同一實(shí)驗(yàn)者完成。

甲組（C臂透視法）操作方法：所采用的CT是東芝公司生產(chǎn)的64排高速螺旋CT。術(shù)前行標(biāo)本螺旋CT薄層掃描及三維重建，根據(jù)測量結(jié)果確定椎弓根螺釘進(jìn)針點(diǎn)、進(jìn)針方向和螺釘?shù)闹睆介L度，然后在C臂正側(cè)位透視下置入頸椎椎弓根螺釘，分別于開始置釘、置釘至10 mm和置入到預(yù)定位置時(shí)各行一次透視確認(rèn)。乙組（計(jì)算機(jī)導(dǎo)航法）操作方法：所用設(shè)備是術(shù)中實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航系統(tǒng)（西門子SIEMENS ARCADIS Orbic 3D、美敦力Medtronic StealthStation Tria plus導(dǎo)航等），其原理類似于衛(wèi)星定位技術(shù)。術(shù)前常規(guī)連接影像系統(tǒng)與導(dǎo)航系統(tǒng)，固定頸椎標(biāo)本牢靠、無晃動，根據(jù)置釘節(jié)段，充分剝離周圍組織顯露棘突、椎板至兩側(cè)關(guān)節(jié)突外緣，在臨近棘突上安裝導(dǎo)航參考架，調(diào)整C臂X線機(jī)位置并行190°掃描，通過掃描所得的骨性解剖數(shù)據(jù)傳送至工作處理站，重建出三位導(dǎo)航影像（橫斷面、矢斷面、冠狀面），調(diào)整位置傳感器，注冊示蹤器并校準(zhǔn)智能工具，導(dǎo)航系統(tǒng)自動測算精確度。如果精確度滿意，則選取最佳的進(jìn)釘通道，在導(dǎo)航屏幕實(shí)時(shí)影像指引下用帶有開口鉆的示蹤器鉆探椎弓根并探測其位置、深度，攻絲、置入椎弓根螺釘（圖1～圖3）。

1.3術(shù)后判斷標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)驗(yàn)操作完成后對所有標(biāo)本行螺旋CT掃描，并將頸椎逐節(jié)段解剖分離，觀察評判椎弓根螺釘置入的精確性。按照螺釘與椎弓根狹窄部皮質(zhì)的相對位置及穿透程度分為3類[5]。①1類：螺釘完全位于椎弓根皮質(zhì)內(nèi)、未有任何突破，為優(yōu)。②2類：螺紋穿出椎弓根皮質(zhì)但不超過2 mm，無周圍神經(jīng)、血管等組織損傷，為可。③3類：螺紋明顯穿出椎弓根皮質(zhì)且超過2 mm，周圍神經(jīng)、血管等組織有損傷，發(fā)生了臨床并發(fā)癥，為差。其中優(yōu)和可均為成功，差為失敗。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，應(yīng)用四格表資料的連續(xù)性校正檢驗(yàn)，得出椎弓根置入螺釘精確率，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

甲組（C臂透視法）成功率為83.3%，失敗率為16.7%，其中失敗的16枚螺釘中12枚向外側(cè)穿出，4枚向內(nèi)側(cè)穿出，C3節(jié)段有6枚，C4節(jié)段8枚，C6節(jié)段2枚。乙組（計(jì)算機(jī)導(dǎo)航法）成功率為97.9%，失敗率2.1%，其中失敗的2枚向外側(cè)穿出，在C3節(jié)段，且發(fā)生于前兩具標(biāo)本。對兩種方法的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，其成功率比較（83.3% vs. 97.9%），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=8.82，P<0.05）（表1）。即相對于傳統(tǒng)C臂透視，頸椎弓根置釘精確率在實(shí)時(shí)術(shù)中三維影像導(dǎo)航下有明顯提高。

3討論

解剖研究和臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)頸椎椎弓根是脊柱的堅(jiān)強(qiáng)骨結(jié)構(gòu)，經(jīng)后路椎弓根內(nèi)固定具有可靠的生物力學(xué)穩(wěn)定性，具有強(qiáng)有力的抗拔出、抗扭轉(zhuǎn)及抗伸展等，優(yōu)于頸椎側(cè)塊螺釘-板系統(tǒng)等固定技術(shù)[6-7]。毋庸置疑，頸椎后入路椎弓根螺釘內(nèi)固定在實(shí)際臨床應(yīng)用中有廣闊的前景。然而，由于頸椎的解剖結(jié)構(gòu)變異大，椎弓根細(xì)小復(fù)雜，毗鄰椎動脈和脊髓神經(jīng)，使頸椎椎弓根置釘?shù)碾y度大大增加，螺釘穿破椎弓根皮質(zhì)的概率較高，損傷血管、神經(jīng)的風(fēng)險(xiǎn)增大，嚴(yán)重時(shí)危及生命[8-9]。毫無疑問，如何在手術(shù)中提高椎弓根置釘準(zhǔn)確性成為頸椎內(nèi)固定術(shù)成功的重中之重。目前國內(nèi)外概括起來主要有兩種頸椎椎弓根置釘?shù)姆椒?，分別是傳統(tǒng)C臂透視下徒手置釘和計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助下置釘。

傳統(tǒng)徒手置釘法是術(shù)前通過CT掃描頸椎標(biāo)本，得到椎體解剖數(shù)據(jù)，根據(jù)CT橫斷面、矢狀面及冠狀面，確定大概螺釘進(jìn)釘點(diǎn)和方向，術(shù)中在C臂正側(cè)位透視輔助下徒手置入頸椎弓根螺釘。此方法優(yōu)勢在于工具簡單、在一般醫(yī)院都能推廣，不足是有一定盲目性，對手術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)、手感要求很高，出現(xiàn)并發(fā)癥的機(jī)會也較多。本組實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)許多問題，在此提出一起探討：①雖然術(shù)前三維重建、術(shù)中C臂正側(cè)位透視下置釘法也能量化各項(xiàng)椎體解剖指標(biāo)，但椎弓根螺釘穿出皮質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)仍較高，其中原因很多，如頸椎解剖、C型臂X機(jī)及手術(shù)者經(jīng)驗(yàn)等。還有本實(shí)驗(yàn)為了反映置釘方法本身的真實(shí)結(jié)果，未像臨床中使用椎弓根探子修改通道。②本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，C3、C4椎體發(fā)生較多椎弓根螺釘穿破皮質(zhì)，其中C3有6枚，C4有8枚。據(jù)關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[10-11]，在C3、C4兩個(gè)節(jié)段置后路椎弓根螺釘要特別小心，C3、C4椎體的椎弓根相對其他椎體更加細(xì)小。③實(shí)驗(yàn)還顯示，椎弓根螺釘穿出外側(cè)皮質(zhì)的數(shù)量明顯多于內(nèi)側(cè)皮質(zhì)，其中16枚穿破螺釘中外側(cè)有12枚，內(nèi)側(cè)4枚。相關(guān)研究報(bào)道也指出頸椎椎弓根螺釘置入角度要求偏內(nèi)側(cè)，這樣會更安全，內(nèi)側(cè)壁比外側(cè)壁更厚，厚度大約是外側(cè)壁的1.4～3.6倍[12]。④本實(shí)驗(yàn)采用的是頸椎標(biāo)本，標(biāo)本后側(cè)軟組織充分顯露，雖然這樣方便實(shí)驗(yàn)置釘，但臨床應(yīng)用中顯露、止血卻是個(gè)值得注意的難題。

術(shù)中實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航輔助下頸椎弓根螺釘內(nèi)固定是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)[13-14]。導(dǎo)航C型型臂X線機(jī)術(shù)中掃描頸椎標(biāo)本，通過掃描所得的骨性解剖數(shù)據(jù)傳送至工作處理站，重建出三位導(dǎo)航影像（橫斷面、矢斷面、冠狀面），自動校準(zhǔn)智能工具和注冊示蹤器，在導(dǎo)航屏幕上實(shí)時(shí)動態(tài)顯示出椎弓根螺釘?shù)淖罴淹ǖ?，確定置入螺釘?shù)淖罴阎睆?、長度，手術(shù)操作非常形象、直觀，三維導(dǎo)航還可以根據(jù)術(shù)中情況隨意更改手術(shù)方案，準(zhǔn)確置入頸椎椎弓根螺釘。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航在臨床應(yīng)用中有其優(yōu)勢，也存在著不足之處。其優(yōu)勢有：①術(shù)中實(shí)時(shí)三維圖像引導(dǎo)下，手術(shù)操作變得形象、直觀，提高了螺釘置入的準(zhǔn)確性，減少了手術(shù)并發(fā)癥。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，導(dǎo)航組的置釘準(zhǔn)確率明顯高于個(gè)體化組。②降低了放射X線對醫(yī)護(hù)人員的危害，三維導(dǎo)航術(shù)中僅需進(jìn)行一次性圖像掃描，無須傳統(tǒng)C臂反復(fù)的正側(cè)位透視。其存在的缺點(diǎn)有：①術(shù)中導(dǎo)航不足之處主要是“漂移問題”，如術(shù)中患者體位發(fā)生明顯變動、相對移位時(shí)，則所重建的虛擬三維圖像無法真實(shí)反映原有的解剖關(guān)系，以致對術(shù)者產(chǎn)生誤導(dǎo)[15]。因此，在術(shù)前患者應(yīng)固定牢靠，術(shù)中操作要輕柔。②術(shù)中應(yīng)避免使用手術(shù)燈等紅外線設(shè)備，否則會影響三維定位系統(tǒng)正常工作。③導(dǎo)航設(shè)備昂貴，一般醫(yī)院很難普及。

綜上所述，脊柱外科醫(yī)生需熟悉導(dǎo)航系統(tǒng)的原理和操作，并具備了一定的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)，這樣計(jì)算機(jī)導(dǎo)航將發(fā)揮出無可比擬的優(yōu)越性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉淼，尚顯文，寧旭，等.椎弓根螺釘及頸椎體螺釘置入內(nèi)固定后的生物力學(xué)及穩(wěn)定性比較[J].中國組織工程研究，2016，20（35）：5210-5215.

[2]周樹成，張鵬.下頸椎椎弓根相鄰解剖結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究[J].局解手術(shù)學(xué)雜志，2016，25（1）：30-32.

[3]Park JH，Jeon SR，Roh SW，et al.The safety and accuracy of freehand pedicle screw placement in the subaxial cervical spine：a series of 45 consecutive patients[J].Spine，2014，39（4）：280-285.

[4]陳曉明，陳源，陳前芬，等.計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)在脊柱外科手術(shù)中的應(yīng)用[J].廣西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，32（3）：514-516.

[5]Kawaguchi Y，Nakano M，Yasuda T，et al.Development of a newtechnique for pedicle screw and Magerl screw insertion using a 3-dimensional image guide[J].Spine，2012，37（23）：1983-1988.

[6]王捷，郭志輝，潘子毅.下頸椎后路三種內(nèi)固定穩(wěn)定性的生物力學(xué)測試和評價(jià)[J].中國中醫(yī)骨傷科雜志，2007，15（10）：4-10.

[7]Hong JT，Qasim M，Espinoza Orias AA，et al.A biomechanical comparison of three different posterior fixation constructs used for C6-C7 cervical spine immobilization：a finite element study[J].Neurol Med Chir，2014，54（9）：727-735.

[8]Zhang YP，Xu QF，Lu LJ，et al.A biomechanical comparison of three different posterior fixation constructs used for C6-C7 cervical spine immobilization：a finite element study[J].Zhongguo Gu Shang，2015，28（2）：126-129.

[9]Yoshihara H，Passias PG，Errico TJ.Screw-related complications in the subaxial cervical spine with the use of lateral mass versus cervical pedicle screws：a systematic review[J].J Neurosurg Spine，2013，19（5）：614-623.

[10]Ruofu Z，Huilin Y，Xiaoyun H，et al.CT evaluation of cervical pedicle in a Chinese population for surgical application of transpedicular screw placement[J].Surg Radiol Anat，2008， 30（5）：389-396.

[11]Kayalioglu G，Erturk M，Varol T，et al.Morphometry of the cervical vertebral pedicles as a guide for transpedicular screw fixation[J].Neurol Med Chir，2007，47（3）：102-107.

[12]Onibokun A，Khoo LT，Bistazzoni S，et al.Anatomical considerations for cervical pedicle screw insertion：the use of multiplanar computerized tomography measurements in 122 consecutive clinical cases[J].Spine J，2009，9（9）：729-734.

[13]郭乃銘，周躍.計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)在脊柱外科手術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國矯形外科雜志，2013，21（8）：787-789.

[14]李豐，王爾松.導(dǎo)航技術(shù)在脊柱外科中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國微創(chuàng)外科雜志，2016，16（10）：946-949.

[15]張洪磊，周東生，王大偉.導(dǎo)航輔助置入下頸椎椎弓根螺釘?shù)恼`差分析[J].中國矯形外科雜志，2009，17（4）：260-263.

（收稿日期：2017-08-18 本文編輯：崔建中）