术中三维导航辅助下精准植入椎弓根螺钉手术48例

于同 曲扬 赵建武

（吉林大学中日联谊医院 吉林 长春 130000）

术中三维导航辅助下精准植入椎弓根螺钉手术48例

于同 曲扬 赵建武＊

（吉林大学中日联谊医院 吉林 长春 130000）

目的：探讨应用术中即时三维导航辅助下植入椎弓根螺钉的准确性和安全性。方法：回顾性分析吉林大学第二医院骨科医院脊柱外科2014年1月～2015年1月下腰椎病变患者48例，术中即时三维导航辅助下植入椎弓根螺钉238枚，术后行CT扫描评估植入椎弓根螺钉的准确性。结果：238枚螺钉中，230（96.6%）枚准确置入椎弓根，7名患者发现椎弓根植钉不良，共8枚（3.4%），其中轻度不良3枚（≤2mm），中度不良2枚（2.1－4mm），重度不良3枚（＞4mm），所有患者中未出现神经、血管、硬膜和重要脏器损伤，无并发症出现。结论：术中三维导航辅助下植钉较传统植钉方法更精准。

三维导航；精准；椎弓根钉

1.引言

目前，许多脊柱疾病需要置入椎弓根螺钉，由于脊柱解剖结构特殊，手术的安全性和精确性是人们主要关心的问题。应用传统手术方法完成后路脊柱手术时，医生根据椎体后方的解剖结构判断进钉点，开路锥破皮质、手锥扩孔，无任何视觉指导情况下植钉。进钉点或进钉方向的微小偏差均可能导致手术失败。研究表明，传统手术方法植钉失败率高达15－40%［1，2］。此外，临床研究表明，行术后CT进行评估时发现传统手术方法中有13.4－40%椎弓根螺钉位置不良［3，4，5］，螺钉穿破椎弓根皮质可能增加硬膜撕裂、神经、血管、内脏损伤的风险。另外，椎弓根螺钉位置不良可能减弱其固定强度，尤其是发生在螺钉框架底部时更为严重。因此，精准置入椎弓根螺钉不仅能够避免神经血管损伤，还能维持脊柱长期稳定性。所以，使用导航提高椎弓根钉置入的精确性在长期治疗过程起积极作用。

2.材料和方法

2.1 病人来源

回顾性分析吉林大学第二医院骨科医院脊柱外科2014年1月 ～2015年1月下腰椎病变患者48例，均在术中三维导航辅助下完成椎弓根螺钉内固定术，共置入238枚椎弓根螺钉。神经系统查体，所有患者均存在顽固性下腰痛或下肢神经症状，或二症状并存。所有患者术前行x线片、CT和MRI检查。

2.2 手术步骤

所有手术均由同一位资深脊柱外科教授完成，手术入路均为后正中入路。第一步：显露术野 全麻后，病人取俯卧位，剥离椎旁肌，显露至关节突外缘，暴露进针点；第二步：设备连接用Siemens公司Orbic C－arm透视定位病变节段，开启C型臂示踪器（C－arm tracker），脊柱夹钳固定病人示踪器（patient－tracker）（图1），将位置传感器（camera）调整到最佳距离（1.6～2m），注册、校准导航手术工具，将C型臂示踪器、患者示踪器以和导航手术工具放置在最佳可视位置（图2）。第三步：三维扫描 连接导航系统和C行臂系统，确定扫描部位及选择患者体位方向。手动移动C型臂至扫描的结束位置，在移动至扫描的开始位置，持续踩住脚踏开关，C型臂自动连续旋转190°进行三维扫描，并将采集的100幅数字点片图像自动重建成三维图像，整个图像采集过程耗时66s（6s的逃跑时间和60s扫描时间）。第四步：自动注册 将图像传输至导航系统，系统同时进行自动注册。图像传输完毕，与术前局部CT图像匹配融合获得高质量图像。第五步：螺钉植入 在术中即时三维重建图像引导下植钉（图3、4）。

图1 脊柱夹钳将病人示踪器（patient－tracker）固定在棘突上

图2 调整位置传感器（camera）的最佳距离，开启、注册手术工具

图3 术中手术操作外像

图4 术中即时三维导航下开路器进入局部解剖结构变异的椎体，准备钉道

2.3 观察指标

术后1月，所有患者均行CT复查，获得3.0mm层厚的图像，以评估椎弓根螺钉在腰椎冠状面和矢状面的位置。48例患者的术后影像学评估工作由一名脊柱外科医生和一名放射线科医生共同完成，记录螺钉穿透椎弓根壁的数目和位置并测量螺钉穿透骨皮质距离，将螺钉穿透距离分为轻度、中度、重度位置不良，轻度：≤2mm，中度：2.1－4mm，重度：＞4mm。

3.结果

手术适应症包括腰椎间盘突出症（67例），腰椎管狭窄症（62例），腰椎滑脱症（59例），腰椎骨折（43例），感染（3例），其他（4例）。1节段减压融合25人，占52.1%，2节段减压融合15人，占31.2%，3节段减压融合3人，占6%，4节段减压融合2人，占4.2%，5节段减压融合1人，占2.1%。

48例患者置入的238枚螺钉中，8枚（3.4%）位置不良。轻度不良3枚（≤2mm）；中度不良2枚（2.1－4mm）；重度不良3枚（＞4mm）（表1）。剩余230枚（96.6%）螺钉正确置入椎弓根内，术后复查CT片中未发现螺钉切割椎弓根，椎弓根皮质完整，螺钉位置不良的7位患者并无异常临床症状出现，因此无翻修手术病例，且通过影像学检查未发现腰椎不稳。全部病例未见神经根损伤、血管损伤、脑脊液漏和内脏受损并发症。

表1 CT图像评估椎弓根螺钉位置

4.讨论

脊柱手术会造成医源性脊柱稳定性破坏，为了重建脊柱稳定性需要置入椎弓根螺钉。传统置钉方法往往依靠解剖定位，由于脊柱侧弯等一些复杂的脊柱疾病存在解剖变异，螺钉的误植率较高。临床研究显示［6］，传统手术方法在胸腰椎内植钉的失败率达42%。学者收集1966－2006年相关文献，130项研究中共置入椎弓根螺钉37337枚，经Mata分析得出，平均失败率8.7%［7］。另外，还有报道4790枚置入的螺钉失败率为5.1%［8］。但是，这些研究中判断椎弓根钉位置的方法都是采用最普通的X线片，所以我们需要更有效的方法计算椎弓根螺钉真实的穿出率。

4.1 选择有效的评估方法X线片是骨折、骨质改变的骨病和不透光异物存留等疾病的初筛检查方式，CT检查在显示横断面方面优于X光片，对于测量骨性结构之间的距离精确度高。专指出，在评估椎弓根螺钉位置时CT比传统X线片更精确。利用CT扫描图像判断椎弓根是否受损的准确度是X线片的10倍［9］。对中度不良的螺钉进行评估时CT具有显著优势，尤其评估可疑位置不良的螺钉时CT图像的准确率是X线片的8－10倍。术后采取CT图像评估情况下，Ju et al.［10］报导了144枚椎弓根螺钉中有58枚位置不良，床研究发现，经大量术后CT评估证实，传统植钉技术存在高失败率（21.1－40.3%）。

4.2 计算机导航的优势 ① 精确性与安全性 术中即时三维导航通过对三维图像的重建和虚拟实现技术，使手术区域的解剖结构与手术器械在手术区域的空间位置相匹配并显示在屏幕上。医生可多平面、直观地观察手术过程，不仅提高了手术精度，而且增加了手术安全性。本研究中植入螺钉的准确率可达到96.6%，本组研究虽未设立同期对照组，但经过分析研究类似文献，结果显示术中即时三维引导下植入螺钉的准确率远高于徒手植入螺钉。②减少辐射长时间暴露在X线辐射区域内，可威胁人体健康。计算机导航手术通过虚拟成像和多坐标系间的配准技术，测定术中示踪器相对位置改变，及时连续地在屏幕上显示手术器械所处的部位和方向。极大的减少了患者手术室工作人员的X线辐射，从而保护了患者和医护人员［11］。③ 减少手术时间 整个手术只需透视3次，避免了传统方法反复透视造成的时间浪费。

4.3 问题与展望虽然导航下植钉提高了精准度，但是仍有3.4%螺钉的位置不良，如下可能性可以解释这一结果，第一，术前采集CT图像与术中患者体位不同，椎体序列不完全相同，图像融合后呈现的图像与实际存在偏差；Oertel et al.［12］发现虚拟设计和实际进钉角度存在2.8±1.9°误差，这可能与植钉过程中手术工具固定不当有关系。第二，病人追踪器在棘突上固定不稳，病人追踪器位置变化后可以造成图像漂移。第三，患者身体肥胖、骨质疏松、脊柱畸形均能影响导航图像清晰度。为了提高椎弓根螺钉置入的精准度，有必要了解以上影响因素，并努力避免以上问题的发生。

［1］ Vaccaro AR，Rizzolo SJ，Balderston RA，Allardyce TJ，Garfin SR，Dolinskas C，et al.：Placement of pedicle screws in the thoracic spine.Part II：An anatomical and radiographic assessment.J Bone Joint Surg Am 77：1200－1206，1995

［2］ Weinstein JN，Spratt KF，Spengler D，Brick C，Reid S：Spinal pedicle fixation：reliability and validity of roentgenogram－based assessment and surgical factors on successful screw placement.Spine（Phila Pa 1976）13：1012－1018，1988

［3］ Castro WH，Halm H，Jerosch J，Malms J，Steinbeck J，Blasius S：Accuracy of pedicle screw placement in lumbar vertebrae.Spine（Phila Pa 1976）21：1320－1324，1948

［4］ Laine T，Lund T，Ylikoski M，Lohikoski J，Schlenzka D：Accuracy of pedicle screw insertion with and without computer assistance：a randomised controlled clinical study in 100consecutive patients.Eur Spine J 9：235－240，2000

［5］ Laine T，M？kitalo K，Schlenzka D，Tallroth K，Poussa M，Alho A：Accuracy of pedicle screw insertion：aprospective CT study in 30low back patients.Eur Spine J 6：402－405，1997

［6］ Merloz P，Tonetti J，Pittet L，Coulomb M，LavalleéS，Sautot P：Pedicle screw placement using image guided techniques.Clin Orthop Relat Res（354）：39－48，1998

［7］ Kosmopoulos V，Schizas C：Pedicle screw placement accuracy：a meta－analysis.Spine（Phila Pa 1976）32：E111－E120，2007

［8］ Lonstein JE，Denis F，Perra JH，Pinto MR，Smith MD，Winter RB：Complications associated with pedicle screws.J Bone Joint Surg Am 81：1519－1528，1999

［9］ Farber GL，Place HM，Mazur RA，Jones DE，Damiano TR：Accuracy of pedicle screw placement in lumbar fusions by plain radiographs and computed tomography.Spine（Phila Pa 1976）20：1494－1499，1995

［10］ Ju SM，Kim YS，Kim SB，Ko Y，Oh SH：Radiologic evaluation of proper pedicle screw placement after pedicle screw fixation in degenerative lumbar disc disease.J Korean Neurosurg Soc 38：265－268，2005

［11］ Fan Chiang CY，Tsai TT，Chen LH，et al.Computed tomography－based navigation－assisted pedicle screw insertion for thoracic and lumbar spine fractures［J］.Chang Gung Med J，2012，35（4）：332－338.

［12］ Oertel MF，Hobart J，Stein M，Schreiber V，Scharbrodt W：Clinical and methodological precision of spinal navigation assisted by 3D intraoperative O－arm radiographic imaging.J Neurosurg Spine 14：532－536，2011

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AB

1009－6019（2015）07－0083－02

第一作者简介：男（1987－），医学硕士，研究方向：脊柱外科