O臂導航技術在頸椎手術中的優(yōu)缺點

許帆卿，李永江，王文波

哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院骨科，黑龍江 哈爾濱 150007

相較于胸椎和腰椎，頸椎具有骨性結(jié)構小、椎弓根復雜易變和骨性結(jié)構與血管神經(jīng)毗鄰更加緊密等特點，使得手術風險大，因此，頸椎手術的術中操作精確度要求更高。O 臂導航技術作為術中導航的代表，自2008年推出以來，作為圖像引導手術的前沿技術逐漸被運用于頸椎多種疾病的診斷和手術治療中，如退變性疾病、畸形、創(chuàng)傷性骨折脫位、原發(fā)或繼發(fā)性椎體腫瘤、頸椎感染等[1-2]。導航系統(tǒng)可將O 臂術中掃描所獲得的三維解剖影像、手術器械和頸椎手術操作部位在空間位置上自動配準，在屏幕上即可直觀地看到手術器械與頸椎解剖結(jié)構的位置關系，是頸椎手術中先進的輔助技術。大多數(shù)學者認為O 臂導航技術相較于傳統(tǒng)頸椎手術具有明顯優(yōu)勢，但也有研究對O 臂導航技術的實用性質(zhì)疑，本研究就O 型臂導航技術在頸椎手術中的優(yōu)缺點展開如下綜述。

1 頸椎手術中O臂導航的優(yōu)點

1.1 增加頸椎椎弓根螺釘置入的準確性

隨著手術器械的不斷發(fā)展，頸椎椎弓根螺釘和側(cè)塊螺釘內(nèi)固定技術的治療效果已經(jīng)得到廣泛認可。有生物力學研究證明，椎弓根螺釘可貫穿頸椎前中后柱，較側(cè)塊螺釘能提供更強的生物力學穩(wěn)定性，同時有著更高的抗壓強度和更低的松動率[3-5]，對嚴重頸椎畸形、頸椎剛性內(nèi)固定患者尤其適合。但頸椎椎弓直徑僅5～7 mm[6]，容易造成椎弓根螺釘在置入時穿孔。同時椎弓根外壁與椎動脈的安全距離僅0.65～1.70 mm，下壁與下神經(jīng)根距離僅1.4～1.7 mm，而椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)厚度約為1.2～2.0 mm，外側(cè)皮質(zhì)僅0.4～1.1 mm[4，7]，這極易造成在置入椎弓根螺釘時突破外壁和下壁引起椎動脈和神經(jīng)根損傷，一旦發(fā)生，可能引起腦血管意外、肢體神經(jīng)功能障礙等嚴重后果。特別在椎動脈變異和嚴重頸椎退變/畸形引起椎弓根進一步減小的情況下，置釘造成血管神經(jīng)損傷的風險將進一步增加。徒手置釘是以解剖標志為基礎，當頸椎病變時存在椎弓根釘進入點和置釘軌跡的不確定性和低重復性[8]，尤其在頸胸交界處受肩部的干擾，使得徒手置釘?shù)腻e位率更高。有研究報道，傳統(tǒng)的C 臂X 線機透視下徒手置釘錯位率高達6.7%～40.4%[9-10]。

O 臂導航最大的優(yōu)勢就是可提高置釘?shù)臏蚀_性。O 臂導航技術通過設置直徑、長徑等參數(shù)在圖像上顯示出一條可視化的、虛擬的置釘路徑，同時模擬出一虛擬螺釘并設計出置釘點和方向，并顯示重建圖像上虛擬螺釘與頸椎解剖結(jié)構的相對位置，使得整個置釘過程均在定向、可視化下進行，無需依賴骨性標志即可進行解剖定位，也無需依賴直接視覺，克服了傳統(tǒng)透視下頭頸交界和頸胸交界處等部位無法可視化的缺陷，對復雜畸形、嚴重骨質(zhì)增生患者尤其有利[11-12]。Chachan 等[8]對44 名患者在O 臂導航輔助下置入241 枚椎弓根螺釘，結(jié)果顯示，總體的破裂率為7.05%（17 枚螺釘），經(jīng)過Gertzbein 分級，完全位于椎弓根中的螺釘被歸類為0 級，椎弓根破裂≤2 mm 為I 級，椎弓根破裂2-4 mm 為Ⅱ級，椎弓根破裂＞4 mm 為III 級。0級和I 級認為是可以接受的、安全的。10 枚螺釘為I 級，7枚螺釘為Ⅱ級，未出現(xiàn)血管神經(jīng)損傷。因此O 臂導航技術使頸椎椎弓根螺釘置入更加準確、可靠。Jing 等[13]利用O臂導航輔助頸椎椎弓根釘內(nèi)固定治療30 名寰樞椎不穩(wěn)患者，共置入螺釘139 枚，130 枚螺釘（93.53%）置入位置精確，無破壁，螺釘錯位率為6.47%，O 臂導航可以幫助術者對顱頸交界復雜的解剖做出精準分析，提高螺釘置入的準確性，降低手術風險。趙若宇等[14]也得出相似結(jié)論，其比較了傳統(tǒng)透視與O 臂導航輔助下后路椎弓根螺釘內(nèi)固定治療寰樞椎骨折時置入的準確性，研究結(jié)果顯示，O 臂導航下螺釘透壁率為3%，而傳統(tǒng)透視組透壁率高達18%。有研究[15]對82 名O 臂導航下頸椎椎弓釘內(nèi)固定患者進行回顧性研究，在置入的297 枚椎弓根螺釘中僅17 枚螺釘（5.7%）認為置入位置不可接受，并且未出現(xiàn)因血管神經(jīng)損傷或螺釘錯位需要行二次手術的情況。綜上，O 臂導航輔助頸椎椎弓根螺釘置入優(yōu)勢明顯高于傳統(tǒng)透視下徒手螺釘置入。

1.2 克服術前CT導航的不足

O 臂導航作為術中導航的典型代表，雖然所獲得的圖像質(zhì)量已接近64 排螺旋CT，能基本滿足各種頸椎精準手術的需要。相比于術前CT導航，O臂導航技術獨特的優(yōu)勢體現(xiàn)在：（1）O臂導航配準易操作且高效。術前CT導航將CT 影像資料傳入計算機后，需要在頸椎表面選擇多個解剖點與CT 圖像上所對應的點進行徒手配準，之后需選擇數(shù)個點對配準的準確性進行驗證，如果準確性認為不可接受，則需重新配準，這一過程冗長、繁瑣。而O 臂導航在術中掃描后則是在頸椎上固定參考架，待術中獲得圖像后自動傳輸圖像數(shù)據(jù)，自動配準，配準過程簡單且高效。有研究[16]指出，相較于術前CT導航，使用O型臂導航使得配準加置入一枚椎弓根螺釘時間減少超過50%。（2）O 臂導航的準確性高于術前CT 導航。Koivukangas 等[17]在模具上分析O 臂導航技術自動配準的誤差，計算出實際位置坐標與導航圖像對應坐標的平均位置誤差僅0.2 mm，證明自動配準算法精確性和可靠性。Shimokawa等[18]對762枚頸椎椎弓根螺釘進行了統(tǒng)計，結(jié)果表明，術前CT 導航椎弓根螺釘置入的錯位率為3.3%（452 枚螺釘中15 枚），而使用O臂導航錯位率僅0.6%（310 枚螺中2 枚）。O 臂導航的準確性高于術前CT 導航可能與自動配準的精確性高于徒手配準、術中標準手術體位的實際頸椎解剖位置和術前CT 掃描仰臥位時的數(shù)據(jù)不一致有關[10，19-20]。

1.3 減少術者輻射暴露

傳統(tǒng)頸椎手術常須使用透視技術進行定位和評估螺釘置入的準確性，如置釘不滿意則需反復透視以將螺釘調(diào)整到合適的位置，避免發(fā)生穿孔，尤其在微創(chuàng)手術中，反復透視至關重要，使得術者的輻射照射劑量遠高于其他醫(yī)生。有研究[21-22]統(tǒng)計，每一病例術中平均透視時間為35.3 s，這對術者的影響不可忽視。而O 臂導航僅需1 次掃描，不僅減少了輻射暴露的次數(shù)，并且術者及手術室所有工作人員在掃描開始前離開手術室，使得術者的輻射暴露幾乎為零[12，23-25]。

1.4 降低手術難度

對于復雜的頸椎手術，如嚴重的畸形、脫位、腫瘤等，O 臂導航被認為是更有效的輔助技術。O 臂導航可以將目標結(jié)構可視化，使得解剖結(jié)構和置入物在屏幕上一目了然，尤其可以降低傳統(tǒng)透視無法可視化區(qū)域手術的難度。 例如，頸胸交界處難以用透視有效觀察其解剖結(jié)構，并且在術中更難以評估截骨的實際深度，手術難度大，但O 臂導航在提供良好的三維可視化結(jié)構同時可對截骨深度有效把控，在極大降低手術難度的同時保證了手術的安全性，Shin 等[26]對12 名患者行O 臂導航下頸胸交界處椎弓根減壓截骨術，結(jié)果顯示，12 名患者均無截骨椎體前壁破裂。有研究曾對4位不同經(jīng)驗的醫(yī)生行O臂導航下C1 側(cè)塊和C2 椎弓根螺釘置入準確性進行回顧性分析，即使在臨床經(jīng)驗相對不足醫(yī)生所進行的手術中， C1 側(cè)塊螺釘和C2 椎弓根螺釘置入的準確率依然十分理想（分別為95.6%、91.3%）[27]。

1.5 減少手術時間

O 臂導航的準備步驟需要額外掃描和配準的時間，有研究統(tǒng)計額外持續(xù)時間約為15.6 min，在熟悉導航系統(tǒng)后可縮短至10.0 min[28]。但O 導航實際掃描時間僅17 s，并且自動傳輸數(shù)據(jù)，自動配準[8]，明顯縮短了螺釘?shù)闹萌霑r間。由于術前準備額外時間幾乎是一定的，故相較于傳統(tǒng)透視，置釘越多，總體手術時間越短[29]，在頸椎畸形的患者中表現(xiàn)得尤其明顯，O 臂導航輔助下無論置釘還是截骨都能有效減少手術時間[23，26，30]。

2 頸椎手術中O臂導航的缺點

2.1 增加患者輻射暴露

輻射可能增加癌癥的發(fā)生率，尤其對于未成年人影響更大。有研究[31]報道，與未暴露患者相比，暴露于CT掃描的患者發(fā)生癌癥的風險增加24%，并且發(fā)病率在未成年人群中更高，每次額外的CT 掃描風險增加0.16%。Simony等[32]對215 名接受25 年治療的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者進行跟蹤隨訪后認為，輻射暴露可能使該隊列癌癥發(fā)生率增高5 倍。O 臂導航雖然減少了術者的輻射照射，但明顯增加了患者的輻射暴露。Bratschitsch 等[33]比較了18例透視和19例O臂導航病例的輻射劑量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導航的輻射劑量約為透視的3 倍。兩項研究[21-22]都得出相似的結(jié)論，術中O 臂導航輔助下的輻射劑量顯著高于傳統(tǒng)透視。這與O 臂掃描時需采集比透視廣泛得多的影像數(shù)據(jù)、術中置釘后立即檢查螺釘位置產(chǎn)生的額外輻射有關。

雖然O 臂導航輻射劑量較高，但是，可以在不影響圖像質(zhì)量的情況下使用低輻射劑量方案來降低輻射危害。既往文獻報道，頸部有效輻射劑量約為3 msv[23]。通過采用低輻射劑量方案以及對手術部位精確掃描可使輻射劑量減少5～13 倍，并且對成像質(zhì)量幾乎無影響[34-35]。Sarwahi等[36]在不同輻射劑量下評估O 臂導航輔助置釘?shù)臏蚀_性，發(fā)現(xiàn)低、極低、超低輻射劑量均不影響置釘?shù)臏蚀_性。不同輻射劑量所獲得的圖像均可用于術中導航和評估。但即使O 臂導航輻射劑量高，在復雜的頸椎手術中，基于O 臂導航的有效性，額外大劑量輻射也被認為是可以接受的。

2.2 陡峭的學習曲線

O 臂導航技術有著陡峭的學習曲線。對于沒有導航經(jīng)驗的醫(yī)生來說，O 臂導航輔助下頸椎手術的錯誤率可能高于傳統(tǒng)透視，準備步驟的額外時間也會延長，這與術者對該技術操作的流暢度有關。但當對O 臂導航技術熟練掌握后，手術錯誤率和額外準備時間都有明顯縮短的趨勢[15，25]。有研究[37]認為，至少15例手術經(jīng)歷是獲得導航技術經(jīng)驗所必需的?？紤]到O 臂導航陡峭的學習曲線，在模擬器上對O 臂導航技術進行大量練習是十分必要的，而且推薦初學者從相對安全的解剖部位或較容易的病變開始嘗試。

2.3 成本高昂

O 臂導航技術的成本也是一個不可忽略的問題。相比較于C 臂X 線機，O 臂導航的價格要高得多，因此需要醫(yī)療機構在技術采用的頻率上精準把控。Dea等[38]通過對502名患者進行O 臂導航技術的經(jīng)濟評估，認為只要每年執(zhí)行該技術超過254 次，由于降低了二次手術概率，在經(jīng)濟方面對醫(yī)療機構是有積極意義的，對于手術量不多的醫(yī)療機構可能并不能帶來效益。

3 O臂導航準確性受限于參數(shù)設置

值得注意的是，即使在O 臂導航輔助下已顯著提高置釘?shù)臏蚀_性與安全性，但螺釘錯位的風險依然存在。椎體間的位移或旋轉(zhuǎn)、參考架的位置可能是引起螺釘錯位的主要原因。頸椎是具有高度活動性的骨性結(jié)構，即使患者頭部被固定也不能完全消除椎體間的相對位移，尤其頸椎不穩(wěn)的患者更易產(chǎn)生位移。有學者認為椎體間位移超過4 mm或椎體旋轉(zhuǎn)大于7°即可引起導航置釘不準確[39]。當導航引導下絲攻或螺釘插入時，由于對椎體施加一個向下的推力會引起椎體的旋轉(zhuǎn)或位移，而O 臂掃描所獲得的圖像并不能準確反應椎體實時位置變化，從而導致置釘不準確[27]。同時，由于椎體旋轉(zhuǎn)和椎旁肌的推動作用使得導航探頭彎曲和置釘?shù)慕嵌雀淖円鹫`差[19]，而這種誤差是難以預料的。因此有人建議在導航手術中使用低轉(zhuǎn)速鉆以減少椎體間位移或旋轉(zhuǎn)帶來的影響[7]。參考架位置的改變也是引起置釘錯位的重要因素。當參考架發(fā)生移位時，屏幕上圖像的位置與實際位置將不一致，使得置釘發(fā)生錯誤。所以將參考架牢固地固定在棘突上并且避免術中意外觸碰至關重要。多項研究均指出，當手術區(qū)域離參考架越遠，置釘?shù)腻e位率越高。Oba等[40]發(fā)現(xiàn)，當置入的螺釘≥9枚時螺釘?shù)腻e位率高達12.2%，當操作區(qū)域離參考架≥3 個椎體時，置釘錯誤的發(fā)生率將升高。故當置釘位置離參考架較遠時，建議在置入下一枚螺釘前驗證導航圖像位置與實際解剖是否一致。

4 總結(jié)

O 臂導航技術作為頸椎手術中的新型輔助技術，其有效性已經(jīng)得到臨床證實。在提供良好可視化同時提高頸椎手術的精確性是它的最大亮點。同時在降低頸椎手術難度，縮短手術時間以及減少術者輻射劑量方面也有著積極作用。但是，與其他技術一樣，O 臂導航技術也有不足之處，對其過度依賴參數(shù)、對患者的高輻射暴露和陡峭的學習曲線是值得關注的問題?？傊?，O 臂導航技術雖然有明顯的優(yōu)勢，但完善的術前評估，豐富的手術經(jīng)驗，解剖結(jié)構的清楚認知才是成功完成各種頸椎手術的關鍵。O 臂導航作為重要的輔助技術，在頸椎手術的優(yōu)缺點仍需要大量實驗研究及臨床對比分析來進一步證實和完善。