O型臂導(dǎo)航技術(shù)在脊柱外科中的應(yīng)用進(jìn)展▲

黃圣斌 程志琳 謝兆林

(貴港市人民醫(yī)院脊柱關(guān)節(jié)骨科，廣西貴港市 537100)

【提要】 O型臂導(dǎo)航技術(shù)可以在術(shù)中快速獲取手術(shù)部位的三維CT圖像，從而幫助術(shù)者實(shí)時(shí)調(diào)整手術(shù)規(guī)劃，有助于精準(zhǔn)完成手術(shù)操作，提高內(nèi)固定程度，降低脊柱外科手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)和并發(fā)癥發(fā)生率，減少醫(yī)患雙方受輻射程度。O型臂導(dǎo)航技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，有效降低置釘難度，縮短學(xué)習(xí)周期，在脊柱外科中的應(yīng)用前景廣闊。

由于脊柱解剖特點(diǎn)的特殊性，手術(shù)操作易損傷脊髓神經(jīng)或神經(jīng)根、椎旁血管，而手術(shù)操作不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致較嚴(yán)重的并發(fā)癥，如術(shù)后疼痛、肢體感覺或活動(dòng)障礙、術(shù)中或術(shù)后出血較多等，也可出現(xiàn)多次置釘或誤置釘?shù)儒e(cuò)誤操作。因而提高手術(shù)精準(zhǔn)性與安全性是臨床工作的重中之重。20世紀(jì)90年代以來，導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于脊柱外科，包括脊柱創(chuàng)傷、退變、畸形、腫瘤等。近年來導(dǎo)航技術(shù)還逐漸應(yīng)用于脊柱微創(chuàng)手術(shù)，成為國內(nèi)外常見的手術(shù)輔助系統(tǒng)[1]。O型臂導(dǎo)航系統(tǒng)可快速獲取手術(shù)部位的三維CT圖像，圖像可直接傳到計(jì)算機(jī)導(dǎo)航中自動(dòng)完成匹配，導(dǎo)航工具注冊后可引導(dǎo)術(shù)者精準(zhǔn)完成手術(shù)操作，是目前脊柱外科較為先進(jìn)的手術(shù)輔助系統(tǒng)，現(xiàn)將O型臂導(dǎo)航技術(shù)在脊柱外科領(lǐng)域中的相關(guān)應(yīng)用綜述如下。

1 O型臂導(dǎo)航技術(shù)在頸椎手術(shù)中的應(yīng)用

1.1 O型臂導(dǎo)航在上頸椎疾病手術(shù)中的應(yīng)用 上頸椎常見疾病包括外傷性骨折、感染性炎癥、原發(fā)性或繼發(fā)性腫瘤、先天性畸形等。上頸椎因其解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、解剖特點(diǎn)特殊，經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘置釘?shù)氖中g(shù)操作通道穿行于重要的動(dòng)脈、神經(jīng)之間，因而對置釘精度、術(shù)者的操作手感要求極高。手術(shù)方式包括后路鋼絲固定，松質(zhì)骨空心螺釘、側(cè)塊螺釘及椎弓根螺釘固定等。有研究表明椎弓根螺釘固定的生物力學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于側(cè)塊螺釘固定[2]。但因上頸椎椎弓根窄小的解剖特點(diǎn)，手術(shù)置釘時(shí)易穿破椎弓根壁，置釘失敗率可至16.9%[3]。此外，椎動(dòng)脈移行的不確定性也可使置釘失敗，進(jìn)而出現(xiàn)椎動(dòng)脈破裂出血。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)徒手置釘治療上頸椎疾病，椎動(dòng)脈破裂出血發(fā)生率可達(dá)4.1%[4]。因此，更為精準(zhǔn)、安全的輔助技術(shù)引導(dǎo)置釘對于手術(shù)操作的成功十分必要。

O型臂導(dǎo)航系統(tǒng)是近年出現(xiàn)的脊柱外科輔助導(dǎo)航技術(shù)，術(shù)中可精準(zhǔn)反映患者當(dāng)前體位的術(shù)區(qū)解剖影像。與傳統(tǒng)的C型臂導(dǎo)航系統(tǒng)相比，O型臂導(dǎo)航系統(tǒng)具有成像質(zhì)量高、掃描和注冊時(shí)間短、可避免多次重復(fù)拍攝、減少對醫(yī)護(hù)人員和患者輻射等優(yōu)勢[5-6]。左燦輝等[7]使用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助齒狀突骨折置釘，28例患者共放置寰樞關(guān)節(jié)螺釘55枚，結(jié)果提示O型臂導(dǎo)航置釘準(zhǔn)確性、平均手術(shù)時(shí)間、出血量、患者所受輻射量均優(yōu)于傳統(tǒng)置釘法。但研究者同時(shí)也提出導(dǎo)航失準(zhǔn)致圖像漂移，影響置釘?shù)臏?zhǔn)確性等問題。王華棟等[8]應(yīng)用術(shù)中3D導(dǎo)航系統(tǒng)輔助經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘固定治療寰樞椎脫位不穩(wěn)，共置入107枚椎弓根螺釘，71.03%的螺釘為Ⅰ級(jí)置釘，28.97%的螺釘為Ⅱ級(jí)置釘，無Ⅲ級(jí)置釘。值得關(guān)注的是，5例患者只能行單側(cè)螺釘置入，分析考慮為頸2椎弓根峽部狹窄，強(qiáng)行置入螺釘易發(fā)生破壁或損傷神經(jīng)。因此術(shù)中O型臂導(dǎo)航可以實(shí)時(shí)調(diào)整手術(shù)方案，避免并發(fā)癥發(fā)生。該研究中共有31枚螺釘穿出椎弓根皮質(zhì)，破壁率為28.97%，患者術(shù)后癥狀均較術(shù)前改善,螺釘穿破椎弓根內(nèi)側(cè)壁的原因作如下考慮：(1)手術(shù)操作造成的影像漂移，影響導(dǎo)航輔助置釘?shù)木_性，如上頸椎損傷后的不穩(wěn)定在操作時(shí)可產(chǎn)生偏移，進(jìn)而影響圖像精準(zhǔn)性。(2)置釘過程中發(fā)生的偏移，因擰入螺釘過程為徒手操作，無導(dǎo)航工具的引導(dǎo)，操作時(shí)產(chǎn)生的晃動(dòng)使螺釘擰入發(fā)生偏差，導(dǎo)致圖像與實(shí)際置釘釘?shù)澜嵌瘸霈F(xiàn)偏差。

但也有學(xué)者認(rèn)為O型臂導(dǎo)航技術(shù)與傳統(tǒng)徒手或二維導(dǎo)航輔助置釘?shù)闹委熜Чo明顯差別。曲哲等[9]比較O型臂導(dǎo)航與徒手置釘對上頸椎椎弓根螺釘置釘精確性的影響，兩組的精確置釘率分別為89.6%和86.6%，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。該研究認(rèn)為O型臂導(dǎo)航輔助螺釘置釘不能完全避免椎弓根破壁的發(fā)生，其原因如下：(1)術(shù)中導(dǎo)航并不能完全真實(shí)地反映最佳釘?shù)牢恢?，?dǎo)航本身具有一定誤差，術(shù)中出現(xiàn)偏差后仍需憑借術(shù)者的手感或經(jīng)驗(yàn)完成操作；(2)手術(shù)操作時(shí)對患者身體或?qū)Ш絽⒖技艿呐鲎?，以及操作時(shí)術(shù)區(qū)椎體的位置變化，使操作與導(dǎo)航影像有誤差。但O型臂導(dǎo)航置釘組無Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)置釘，而傳統(tǒng)置釘組Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)置釘發(fā)生率為3.7%，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，此研究結(jié)果與Tjardes等[10]的結(jié)論相符。趙若宇等[11]探討O型臂導(dǎo)航輔助下后路椎弓根螺釘復(fù)位內(nèi)固定治療寰樞椎骨折的療效，O型臂組共置入椎弓根螺釘86枚，0級(jí)83枚，Ⅰ級(jí)2枚，Ⅱ級(jí)1枚，螺釘皮質(zhì)穿透率為3%，傳統(tǒng)組皮質(zhì)穿透率為18%，此外O型臂組的手術(shù)出血量與手術(shù)時(shí)間均優(yōu)于傳統(tǒng)組。

1.2 O型臂導(dǎo)航在下頸椎疾病手術(shù)中的應(yīng)用 因下頸椎的解剖特點(diǎn)，其旋轉(zhuǎn)、屈伸活動(dòng)度大，是頭部重量傳導(dǎo)的中樞位置，故也是頸椎損傷發(fā)生率最高的部位。外傷性骨折或脫位、感染性炎癥或頸椎退行性變均可引起頸椎損傷，嚴(yán)重者可出現(xiàn)神經(jīng)癥狀或癱瘓。下頸椎疾病的外科治療原則需達(dá)到兩個(gè)目標(biāo)：一是恢復(fù)頸椎的解剖序列及其穩(wěn)定性；二是脊髓神經(jīng)及神經(jīng)根徹底松解減壓。俞仲翔等[12]應(yīng)用O型臂導(dǎo)航輔助治療強(qiáng)直性脊柱炎合并下頸椎骨折，結(jié)果提示O型臂導(dǎo)航組患者治療效果較術(shù)前有所改善，術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間均少/短于傳統(tǒng)組，且O型臂導(dǎo)航組術(shù)中無椎動(dòng)脈或椎旁血管、脊髓損傷等不良后果出現(xiàn)。此外，O型臂導(dǎo)航系統(tǒng)可精準(zhǔn)輔助前路椎弓根置釘,其優(yōu)勢在清除頸椎腫瘤、結(jié)核，徹底減壓的同時(shí)還獲得強(qiáng)有力的生物力學(xué)穩(wěn)定性,還可縮短手術(shù)時(shí)間、減少手術(shù)出血量等[13-17]。梁俊杰等[18]應(yīng)用O型臂導(dǎo)航技術(shù)輔助下頸椎前路椎弓根螺釘置入治療外傷性頸椎骨折、感染性頸椎結(jié)核、原發(fā)或繼發(fā)性頸椎腫瘤、頸椎退行性變等疾病，所有患者共置入60枚椎弓根螺釘,其中56枚螺釘為0級(jí)置釘，2枚螺釘為Ⅰ級(jí)置釘(出現(xiàn)椎弓根破壁),2枚為Ⅱ級(jí)置釘，置釘準(zhǔn)確率達(dá)到96.7%?；颊咝g(shù)后頸椎功能改善評分較術(shù)前提高，術(shù)中無椎動(dòng)脈、脊髓神經(jīng)或神經(jīng)根損傷等并發(fā)癥發(fā)生。

近年來，內(nèi)鏡下微創(chuàng)治療頸椎間盤突出癥的應(yīng)用較為熱門，越來越多的學(xué)者使用經(jīng)皮內(nèi)窺鏡頸椎間盤切除術(shù)治療神經(jīng)根型頸椎病。但由于視野有限，在使用基于O型臂導(dǎo)航技術(shù)之前，外科醫(yī)生很難進(jìn)行解剖定位。Zhang等[19]使用O型臂導(dǎo)航系統(tǒng)輔助術(shù)區(qū)精準(zhǔn)定位，在達(dá)到同等治療效果的情況下，縮短了手術(shù)時(shí)間和學(xué)習(xí)周期，患者所受輻射量較傳統(tǒng)手術(shù)方式減少，認(rèn)為基于O型臂導(dǎo)航輔助的全內(nèi)鏡后路椎間孔切開術(shù)是治療神經(jīng)根型頸椎病安全、有效的方法，具有微創(chuàng)的優(yōu)勢。

2 O型臂導(dǎo)航技術(shù)在胸椎疾病中的應(yīng)用

已有生物力學(xué)研究表明，后側(cè)椎弓根螺釘內(nèi)固定的生物穩(wěn)定性比傳統(tǒng)胸椎鉤、夾固定的生物穩(wěn)定性高。目前胸椎后路椎弓根螺釘固定治療胸椎疾病應(yīng)用廣泛，如外傷性胸椎骨折、胸椎腫瘤、胸椎畸形、胸椎退行性椎管狹窄等。但由于胸椎周圍解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)周圍的肋骨、肩胛骨、肺臟、心臟等組織重疊致X線片影像顯影模糊，影響椎弓根置釘。此外，由于胸椎自身的椎弓根解剖周徑較小，在置釘時(shí)對術(shù)者要求較高。因此，O型臂導(dǎo)航技術(shù)輔助胸椎置釘在胸椎骨折、腫瘤，胸椎椎管狹窄或畸形等疾病的治療中顯得尤為重要。劉臻等[20]對41例Ⅰ型神經(jīng)纖維瘤病合并營養(yǎng)不良性脊柱側(cè)凸患者的矯形手術(shù)進(jìn)行分析，O型臂導(dǎo)航組的置釘精準(zhǔn)性、平均植入物的密度均高于徒手置釘組，術(shù)后矯正丟失發(fā)生率低于徒手置釘組，但兩組手術(shù)時(shí)間和出血量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Wen等[21]應(yīng)用O型臂導(dǎo)航技術(shù)輔助胸椎椎弓根螺釘治療胸椎椎管狹窄，結(jié)果提示術(shù)中并發(fā)癥發(fā)生率、術(shù)后隨訪功能改善率、螺釘松動(dòng)或斷裂發(fā)生率均無明顯差異，但術(shù)中使用O型臂導(dǎo)航組置釘優(yōu)良率較傳統(tǒng)組明顯更高。Zhao等[22]研究O型臂導(dǎo)航輔助胸椎椎弓根螺釘治療胸椎畸形，探討其胸腔積液、螺釘穿孔的發(fā)生率，結(jié)果表明傳統(tǒng)組螺釘穿孔率高于O型臂導(dǎo)航組，O型臂導(dǎo)航組胸腔積液的發(fā)生率、胸腔積液量低于傳統(tǒng)手術(shù)組，提示O型臂導(dǎo)航輔助胸椎椎弓根螺釘置釘可降低胸腔積液量及胸腔積液的發(fā)生率。Wang等[23]報(bào)告O型臂導(dǎo)航技術(shù)輔助胸椎椎弓根螺釘置釘治療胸椎黃韌帶骨化癥，研究結(jié)果顯示，O型臂導(dǎo)航技術(shù)在術(shù)中可精準(zhǔn)定位黃韌帶骨化的位置、大小、形態(tài)、邊界，同時(shí)還提高了置釘?shù)木珳?zhǔn)性，降低了置釘所致并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。Zhang等[24]報(bào)告應(yīng)用O型臂導(dǎo)航技術(shù)輔助引導(dǎo)穿刺定位椎體成形術(shù)治療胸6至胸9椎體骨折，結(jié)果顯示兩組的手術(shù)時(shí)間和住院時(shí)間無明顯差異，術(shù)后隨訪功能康復(fù)均明顯改善，但術(shù)中出血量、患者所受輻射量對比，O型臂導(dǎo)航組優(yōu)勢更明顯。該研究同時(shí)也提出，呼吸胸廓起伏因素可造成O型臂導(dǎo)航圖像漂移，導(dǎo)致穿刺時(shí)穿孔發(fā)生率升高，因而穿刺時(shí)需注意手感，當(dāng)定位不確定時(shí)，需再次通過影像學(xué)檢查確認(rèn)，但這可能致使手術(shù)時(shí)間、患者所受輻射量增加。李穎等[25]探討O型臂導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)下極外側(cè)椎間融合聯(lián)合椎弓根螺釘固定術(shù)治療腰椎退變性疾病，共置入螺釘94枚,術(shù)后通過 CT檢查評價(jià)螺釘位置,其中Ⅰ級(jí)置釘89枚(94.7%),Ⅱ級(jí)置釘5枚(5.3%)，置釘準(zhǔn)確性高。譚海濤等[26]應(yīng)用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航在工作通道下行極外側(cè)入路手術(shù)治療脊柱結(jié)核，研究結(jié)果顯示利用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航在控制手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量與透視時(shí)間上更具有優(yōu)勢。

3 O型臂導(dǎo)航技術(shù)在腰椎疾病中的應(yīng)用

腰椎骨折是脊柱骨折中較為常見的骨折，其外科手術(shù)方法包括開放性椎弓根螺釘內(nèi)固定、經(jīng)皮椎弓根內(nèi)固定、經(jīng)皮椎體成形術(shù)。后路椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)是治療腰椎骨折的經(jīng)典術(shù)式。傳統(tǒng)后路椎弓根置釘技術(shù)與術(shù)者的臨床經(jīng)驗(yàn)及解剖知識(shí)密切相關(guān)，若存在解剖變異或解剖標(biāo)志缺失等情況，將嚴(yán)重影響置釘?shù)臏?zhǔn)確性。有文獻(xiàn)報(bào)道[27]，椎弓根置釘技術(shù)并發(fā)癥總發(fā)生率為21%～27%，其中10%的病例因?yàn)槁葆斨萌脒^深或位置偏移出現(xiàn)血管神經(jīng)損傷、椎弓根骨折、硬膜撕裂致腦脊液漏、血管內(nèi)臟損傷等嚴(yán)重并發(fā)癥。O型臂導(dǎo)航系統(tǒng)是最新的三維成像輔助系統(tǒng)，其最早用于脊柱外科手術(shù)，以確保椎弓根置釘?shù)臏?zhǔn)確性[28]。Qin等[29]報(bào)告應(yīng)用O型臂導(dǎo)航技術(shù)輔助腰椎椎弓根螺釘置釘治療腰椎骨折，結(jié)果提示與傳統(tǒng)輔助置釘技術(shù)相比，O型臂導(dǎo)航技術(shù)在手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后功能改善、置釘優(yōu)良率方面無明顯優(yōu)勢，但Ⅰ級(jí)置釘率優(yōu)于傳統(tǒng)輔助置釘技術(shù)。術(shù)后長期隨訪患者腰椎生理彎曲改善程度，結(jié)果顯示O型臂導(dǎo)航技術(shù)較傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)。格日勒等[30]比較O型臂導(dǎo)航技術(shù)與傳統(tǒng)透視技術(shù)行經(jīng)皮椎弓根置釘治療腰椎骨折，并對置釘?shù)膬?yōu)良率、臨床療效、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、住院天數(shù)以及術(shù)后1周和6個(gè)月的VAS評分、Oswestry功能障礙指數(shù)評分、傷椎后凸Cobb角、傷椎椎體前緣高度差異等指標(biāo)進(jìn)行比較。結(jié)果提示O型臂導(dǎo)航組在手術(shù)時(shí)間、患者所受輻射量、Ⅰ級(jí)置釘?shù)确矫鎯?yōu)于傳統(tǒng)透視組，其他指標(biāo)兩組比較未見明顯差異。該研究仍存在樣本量少，隨訪時(shí)間短等局限性，且研究認(rèn)為O型臂導(dǎo)航技術(shù)輔助置釘存在一定優(yōu)勢，但患者總體受益優(yōu)勢體現(xiàn)不十分明顯。

早期椎體成形術(shù)的輔助定位常使用C型臂進(jìn)行，其存在一定問題，如學(xué)習(xí)周期較長，術(shù)中需多次進(jìn)行穿刺定位確認(rèn)，延長手術(shù)時(shí)間，以及存在穿刺失敗甚至骨水泥滲漏等風(fēng)險(xiǎn)。呂浩然等[31]應(yīng)用術(shù)中C型臂輔助穿刺治療腰椎壓縮性骨折，21.7%的患者出現(xiàn)骨水泥滲漏，手術(shù)時(shí)間也較對照組長。因此，有學(xué)者為改進(jìn)C型臂的缺點(diǎn)，使用O型臂導(dǎo)航的三維視圖取代二維的C型臂輔助進(jìn)行經(jīng)皮椎體成形術(shù)，獲得較為理想的手術(shù)結(jié)果。Wojdyn等[32]應(yīng)用O型臂導(dǎo)航技術(shù)輔助腰椎椎體成形術(shù)治療腰椎骨折，結(jié)果提示 O型臂導(dǎo)航輔助組與傳統(tǒng)組相比，手術(shù)時(shí)間無明顯差異，但O型臂導(dǎo)航輔助組在患者所受輻射量、單次穿刺成功率、學(xué)習(xí)曲線方面有明顯優(yōu)勢。趙清華等[33]應(yīng)用O型臂導(dǎo)航技術(shù)輔助經(jīng)皮椎體成形術(shù)治療癥狀性椎體血管瘤，結(jié)果表明該技術(shù)具有微創(chuàng)性、安全性。Lin等[34]對比骨固定與皮膚固定導(dǎo)航參考架對椎弓根螺釘置釘優(yōu)良率的影響，得出兩者無顯著差異的結(jié)果，但皮膚固定導(dǎo)航參考架不會(huì)造成多余的切口，該研究進(jìn)一步拓展了O型臂導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用范圍。Zhou等[35]應(yīng)用O型臂導(dǎo)航技術(shù)輔助椎弓根骨水泥置釘內(nèi)固定治療脊柱轉(zhuǎn)移瘤，23例患者共置入92枚椎弓根螺釘，其中A級(jí)螺釘85枚，B級(jí)螺釘7枚，術(shù)中無骨水泥滲漏。該研究對于應(yīng)用O型臂導(dǎo)航技術(shù)輔助治療椎體或椎弓根破壞的置釘具有很大的優(yōu)勢，術(shù)中置釘實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)可視化，雖未與傳統(tǒng)手術(shù)對比，但患者功能康復(fù)及術(shù)后影像學(xué)評價(jià)仍可獲得滿意的效果。此外，還有學(xué)者將O型臂導(dǎo)航應(yīng)用于椎間孔鏡技術(shù)，開創(chuàng)性地設(shè)計(jì)導(dǎo)航穿刺桿進(jìn)行椎間孔鏡穿刺定位，引導(dǎo)工作套通過Kambin安全三角進(jìn)入操作區(qū)域，減少穿刺次數(shù)與時(shí)間，縮短椎間孔鏡技術(shù)的學(xué)習(xí)周期，臨床效果滿意[36]。

綜上所述，O型臂導(dǎo)航系統(tǒng)輔助脊柱椎弓根螺釘固定可以即時(shí)觀察虛擬螺釘?shù)闹冕敺轿缓烷L度，引導(dǎo)螺釘置入，極大降低置入操作中損傷神經(jīng)的風(fēng)險(xiǎn)，精準(zhǔn)的置釘可提高固定強(qiáng)度，同時(shí)降低術(shù)者和患者受輻射程度，縮短青年醫(yī)生的學(xué)習(xí)周期。此外，O型臂導(dǎo)航技術(shù)已逐漸應(yīng)用于經(jīng)皮微創(chuàng)置釘技術(shù)和輔助引導(dǎo)經(jīng)皮內(nèi)鏡穿刺技術(shù)，進(jìn)一步提高了微創(chuàng)技術(shù)的精準(zhǔn)性與安全性。但就O型臂導(dǎo)航技術(shù)而言，目前仍存在術(shù)中呼吸運(yùn)動(dòng)、視野顯露牽拉組織時(shí)導(dǎo)致的導(dǎo)航圖像漂移、導(dǎo)航誤差等問題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，智能人工算法的應(yīng)用可能為解決上述問題提供新思路。