O型臂影像及導(dǎo)航系統(tǒng)在脊柱外科的臨床應(yīng)用

楊 練 李思鵬 刁宇航

天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院 天津 300052

經(jīng)椎弓根穿刺是脊柱外科最重要的技術(shù)手段之一，廣泛應(yīng)用于脊柱骨折、退變、腫瘤等疾病的脊柱重建。傳統(tǒng)的椎弓根穿刺主要依靠X光、術(shù)前CT等二維成像手段，穿刺的準(zhǔn)確性和安全性均存在一定的不足，尤其是對存在脊柱旋轉(zhuǎn)、側(cè)突或發(fā)育異常的病例，二維影像引導(dǎo)下的穿刺存在比較高的失誤率。近年來，利用計算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)，術(shù)者在可視化三維解剖信息的實時引導(dǎo)下手術(shù)，穿刺過程更加準(zhǔn)確安全。2020年6月，我院引進(jìn)第二代O-armTM以及最新的StealthStationTM導(dǎo)航系統(tǒng)，經(jīng)過脊柱外科9個月的臨床應(yīng)用，獲得了良好的效果，現(xiàn)將應(yīng)用結(jié)果報告如下。

1 對象與方法

選擇2020年6月—2021年3月于天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院脊柱外科行椎弓根穿刺的病例，主要納入標(biāo)準(zhǔn)：①因外傷、手術(shù)減壓、腫瘤侵蝕、退變等原因?qū)е碌募怪Х€(wěn)，須經(jīng)后路重建脊柱穩(wěn)定性病例；②因發(fā)育、退變、醫(yī)源性原因?qū)е碌募怪?，須?jīng)后路重建脊柱穩(wěn)定性病例；③經(jīng)椎弓根穿刺獲取病理或椎體成形的病例。共納入經(jīng)椎弓根穿刺患者586人，其中脊柱退行性改變407人，脊柱外傷82人，脊柱脊髓腫瘤76人，脊柱畸形矯正21人。所有患者術(shù)前均行脊柱正側(cè)位X射線片及CT檢查。采用隨機(jī)分組方法，308例患者分配至徒手穿刺組，穿刺路徑主要依靠術(shù)中C臂X射線透視和參考術(shù)前CT二維圖像。278例患者分配至導(dǎo)航穿刺組，術(shù)中依靠O型臂(O-arm)影像及導(dǎo)航系統(tǒng)實時引導(dǎo)手術(shù)穿刺。兩組患者穿刺后術(shù)中均采用O型臂(O-arm)影像系統(tǒng)進(jìn)行掃描，根據(jù) Rampersaud分類方法評估穿刺路徑的準(zhǔn)確性(見圖1)。Rampersaud分級方法：A級，螺釘完全位于椎弓根內(nèi)；B級，螺釘破壞椎弓根的皮質(zhì)<2 mm；C級，侵犯椎弓根皮質(zhì)<4 mm；D級，侵犯椎弓根皮質(zhì)≥4 mm。

圖1 術(shù)中均采用O型臂(O-arm)影像系統(tǒng)進(jìn)行掃描，分別從軸位、冠狀位、矢狀位以及三位重建進(jìn)行精確性評價，根據(jù) Rampersaud分類方法評估穿刺路徑的準(zhǔn)確性

統(tǒng)計學(xué)分析：計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件組間比較方差分析和t檢驗，P<0.05為差異有顯著性意義。

2 結(jié)果

兩組的年齡、性別、體質(zhì)量指數(shù)、術(shù)中出血量均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。導(dǎo)航穿刺組手術(shù)時間(122.6±50.4 min)大于徒手穿刺組(108.3±42.7 min)(P<0.05)。兩組穿刺的精確性比較：導(dǎo)航穿刺組A級1 116例(占96.8%)，B級14例(占3.2%)，無C級和D級病例；徒手穿刺組A級1 244例(占91.7%)，B級103例(占7.6%)，C級9例(0.7%),無D級病例。分級比較兩組穿刺準(zhǔn)確率的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05)，導(dǎo)航穿刺組優(yōu)于徒手穿刺組(見表1)。

表1 兩組基線數(shù)據(jù)、手術(shù)時間、出血量以及穿刺準(zhǔn)確率比較

3 討論

經(jīng)椎弓根穿刺是脊柱外科最重要的技術(shù)手段之一，主要應(yīng)用于椎弓根置釘、椎體成形以及組織活檢。由于患者的椎弓根結(jié)構(gòu)存在一定的個體差異，使得椎弓根穿刺風(fēng)險率仍然較高，尤其是在頸椎以及脊柱側(cè)彎矯形病例。因此，提高椎弓根穿刺準(zhǔn)確率對提高手術(shù)安全性、降低術(shù)后并發(fā)癥具有重要的意義。O型臂影像技術(shù)結(jié)合計算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，可提供高質(zhì)量的二維和三維實時術(shù)中影像，引導(dǎo)術(shù)者在可視化三維解剖信息的實時引導(dǎo)下手術(shù)，提高了手術(shù)操作的準(zhǔn)確性和安全性。

3.1 O型臂影像及導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理

19世紀(jì)90年代，David Roberts首次提出了神經(jīng)外科無框架立體定位的概念，無框立體定位的最大優(yōu)勢是能夠“實時”跟蹤手術(shù)器械，并在CT或MRI上不斷顯示其位置，這標(biāo)志著外科手術(shù)導(dǎo)航的開始[1]。移動式O型臂X射線機(jī)，通過X光成像技術(shù)結(jié)合閉合式機(jī)架設(shè)計，術(shù)中對手術(shù)區(qū)域進(jìn)行完整的360°數(shù)據(jù)采集，經(jīng)算法重建生成高清二維及三維影像，為導(dǎo)航手術(shù)提供清晰“地圖”。 StealthStationTM手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)通過紅外光學(xué)攝像機(jī)發(fā)射紅外線，并捕捉經(jīng)反射的紅外線，經(jīng)過導(dǎo)航計算機(jī)的實時計算得出導(dǎo)航手術(shù)器械與患者參考架所在的空間坐標(biāo)，從而實現(xiàn)在患者三維影像上實時顯示手術(shù)器械所在位置，進(jìn)行實時導(dǎo)航可視化的手術(shù)操作[2]。

3.2 O型臂影像及導(dǎo)航系統(tǒng)在脊柱外科的應(yīng)用

O-armTM可用于全脊柱2D和3D掃描，適用于從顱到骶的全脊柱手術(shù)應(yīng)用[3-7]。廣泛應(yīng)用于如頸椎前后路手術(shù)、枕骨釘測量與引導(dǎo)、經(jīng)皮椎體成形術(shù)、腰椎融合手術(shù)、經(jīng)皮椎弓根螺釘植入、椎間孔鏡與脊柱內(nèi)鏡定位與引導(dǎo)、皮質(zhì)骨螺釘植入等手術(shù)。針對復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)，通過3D解剖實時顯示，輔助術(shù)者找到最佳穿刺路徑。對于經(jīng)皮微創(chuàng)置釘，通過導(dǎo)航虛擬導(dǎo)絲應(yīng)用，避免傳統(tǒng)導(dǎo)絲潛在風(fēng)險，并且導(dǎo)航全程可視化，減少患者與術(shù)者所受輻射劑量。

3.3 O型臂影像及導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)置釘?shù)木_性

由于椎體位置、解剖標(biāo)志以及椎弓根結(jié)構(gòu)存在個體化差異，尤其是在頸椎、上胸椎或者解剖結(jié)構(gòu)畸變的病例，徒手置釘?shù)氖д`率可高達(dá)20%～40%[8-9]。置釘失誤可導(dǎo)致如脊髓及神經(jīng)損傷、大血管損傷、硬膜撕裂及腦脊液漏等嚴(yán)重的并發(fā)癥。利用解剖標(biāo)志、3D打印導(dǎo)板、各種光學(xué)/電磁導(dǎo)航設(shè)備可以提高椎弓根穿刺的精確性，但導(dǎo)航指引的穿刺路徑精確性更高。Sun[10]經(jīng)薈萃分析1 422例患者，共計9 982個螺釘，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)航輔助置釘?shù)臏?zhǔn)確率比徒手置釘要高得多。Khouja[11]通過分析13項相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)可顯著降低脊柱螺釘放置的失誤率和手術(shù)返修率。

3.4 O型臂影像及導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用中的常見問題及應(yīng)對策略

O型臂影像及導(dǎo)航系統(tǒng)屬于大型醫(yī)療設(shè)備，對手術(shù)室空間以及設(shè)備擺放要求較高。O型臂成像設(shè)備要方便進(jìn)出并避免對麻醉臺以及護(hù)士操作臺產(chǎn)生干擾，同時導(dǎo)航設(shè)備通常位于手術(shù)床的頭端或尾端，具體取決于參考架的放置位置，通常參考架放置于光學(xué)導(dǎo)航設(shè)備與手術(shù)操作工具之間，并避免產(chǎn)生相互干擾，必要時可將參考架放置于Mayfield頭架或者固定于手術(shù)床上。此外，圖像注冊過程中應(yīng)避免患者呼吸造成的參考架移動，3D圖像采集過程中應(yīng)通知麻醉醫(yī)師暫停呼吸機(jī)。術(shù)中應(yīng)將參考架牢固放置于骨性結(jié)構(gòu)，在圖像注冊前應(yīng)該充分暴露切口，表面切口張力變化可造成參考架的位置移動[12]。參考架與操作工具的距離對導(dǎo)航精度可能會產(chǎn)生影響[13]，因此在長距離操作范圍內(nèi)最好行二次導(dǎo)航注冊。

3.5 O型臂影像及導(dǎo)航系統(tǒng)的意義

通過引入先進(jìn)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)與O型臂術(shù)中影像設(shè)備，提高了脊柱外科手術(shù)的精準(zhǔn)性與安全性，利于開展高難度手術(shù)，提升了醫(yī)院的醫(yī)療技術(shù)水平以及學(xué)術(shù)影響力。O型臂提供了低劑量掃描模式，在保持清晰骨性結(jié)構(gòu)成像的基礎(chǔ)上，降低了近50%的輻射劑量，單次的掃描劑量僅為常規(guī)CT掃描的1/4，顯著降低了患者和手術(shù)室人員的輻射損害[14-15]。此外，全程可視化的操作有助于降低青年醫(yī)生學(xué)習(xí)曲線，利于年輕醫(yī)生快速提高手術(shù)技術(shù)水平，助力學(xué)科人才培養(yǎng)[16]。但O型臂影像及導(dǎo)航系統(tǒng)仍然存在一些不足，如操作過程繁瑣、增加手術(shù)環(huán)節(jié)等，具體與設(shè)備操作人員的使用經(jīng)驗有關(guān)。

4 結(jié)論

O型臂導(dǎo)航系統(tǒng)作為多維度精準(zhǔn)手術(shù)平臺，通過整合O型臂影像技術(shù)和計算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠改善復(fù)雜手術(shù)操作的可視性，可提供高質(zhì)量的二維和三維實時術(shù)中影像，有效提高脊柱外科手術(shù)操作的準(zhǔn)確性和安全性。