骨科导航技术在胸腰椎手术中的应用研究

赵毓军，吕 智，王小铁(晋城煤业集团总医院骨二科，晋城 048006;山西医科大学第二临床医学院骨科)

准确的椎弓根系统内固定螺钉的植入目前仍然是临床医生要面临的一个挑战，以往主要以解剖学辅助影像定位为主，在整个操作过程中，仍然可能由于误差出现神经根的损伤、钉道错误、反复定位等失误，尤其是在合并脊柱侧凸胸椎等部位解剖结构变异，胸椎段周围有肋骨、肩胛骨遮挡致使术中C型臂X线机影像显示不清，加之胸椎椎弓根周径较小，这些因素均给椎弓根螺钉植入带来较大困难，手术难度和危险性很高。而椎弓根螺钉的准确置入是内固定系统发挥最大固定效率的关键。术中3D扫描结合计算机辅助手术导航系统(computer assisted surgery navigation system，CASNS)的出现为上述难题提供了解决之道，该技术实现了计算机实时控制状态下椎弓根螺钉植入，提高了置钉的准确性和安全性，较之传统的徒手置钉手术方法具有明显优势。我们于2011年开始将计算机辅助手术导航系统应用于脊柱外科手术，发现导航技术辅助下行椎弓根螺钉植入其准确性明显优于传统的解剖标志辨认法辅助术中X线定位法，显著提高脊柱外科手术的安全性，现将应用情况及体会报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集晋城煤业集团总医院骨二科2011-08～2012-04收治20例胸腰椎脊柱损伤、退变性疾病病例，采用后路复位固定、后路融合或联合前路融合椎弓根螺钉内固定手术治疗。所有病例均采用计算机辅助导航手术系统辅助下行椎弓根螺钉植入手术(导航组)，男12例，女8例;年龄22-69岁，平均(47±9)岁;其中13例为胸腰椎骨折，7例为腰椎管狭窄症，其中1例为成人先天脊柱侧凸合并腰椎管狭窄症，共植入椎弓根螺钉86枚。2011-01～2011-07收治对照15例，采用传统的解剖标志辨认法辅助术中X线透视定位徒手进行椎弓根螺钉植入术(徒手组)，男11例，女4例;年龄23-72岁，平均(51.5±10)岁;其中8例为胸腰椎骨折，7例为腰椎管狭窄症，共植入椎弓根螺钉64枚。

1.2 手术方法

导航组手术方法如下:病人俯卧位，暴露所做节段的椎板及椎弓根螺钉入点，将导航系统的患者示踪器固定于所做椎间隙的上位棘突，激活导航仪上提示的各种工具，用3D-C臂机扫描图像，C臂在扫描图像前安装上数据收集环，采用工具模式激活图像，将活动工具放置于椎弓根合适的入钉点，根据显示屏显示的图像用锥子钻孔、测深，选择合适长度的椎弓根螺钉，沿开放好的椎弓根通道拧入。徒手组:采用传统的解剖标志辨认法辅助术中X线透视定位进行胸椎及腰椎椎弓根螺钉植入术。

1.3 效果评价

椎弓根螺钉位置验证方法:术后行腰椎X线/CT检查，以未穿过椎弓根五壁、固定的深度超过椎体的2/3但未穿过椎体前缘为优良;其余只要穿过即记为偏，优良率为置入位置优良的螺钉数与总的植入螺钉数的比率。将两组患者术后复查椎弓根螺钉的位置优良率进行对比分析。

1.4 统计学分析

两组资料术后螺钉位置优良率采用χ2检验，经SPSS13.0统计软件进行统计分析，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

导航组共植入86枚螺钉，经过术后验证其中80枚螺钉位置为优，发生偏移的为6枚，优良率为93.0%;同期采用传统的方法植入螺钉共64枚，其中优良为52枚，发生偏移的为12枚，优良率为81.3%。经过统计学分析，导航组椎弓根螺钉位置的优良率明显优于传统组(χ2=4.82，P＜0.05)，差异具有统计学意义。上述两组病例发生偏移情况见表1。观察术后近期并发症情况，导航组均未出现严重的近期神经损伤并发症，而徒手组中3例患者术后出现脑脊液外漏，术后经过保守治疗后治愈，有1例患者出现轻度的神经症状，经过营养神经等治疗后症状缓解。徒手组中术后复查位置不佳中的3枚螺钉给予重新调整螺钉的位置。

表1 导航组与徒手组发生偏移的比较 (例)Table 1 Incidence of pedicle screw migration in two groups(cases)

典型病例，1例老年男性腰2椎体爆裂骨折患者，术中采用经后路术中实时导航置入(见图1)椎弓根螺钉并前路椎体次全切钛网支撑、椎弓根螺钉内固定术，术后复查腰椎X线片位置满意(见图2)。

图1 术中椎弓根螺钉置入图Figure 1 Diagram of screw placement

图2 术后复查X线片Figure 2 X-ray images after surgery

3 讨论

椎弓根螺钉的准确植入是脊柱外科手术成功的重要前提，理想的椎弓根螺钉的位置应该是足够的直径及长度，但又不能突破椎弓根及椎体的皮质，如果螺钉过度偏向椎弓根的下方或者内侧往往会增加引起神经症状的风险。所以手术的成功不仅要满意的临床疗效，还应该追求准确的螺钉位置［1］。而传统的手术中，术者只能根据病人的术前资料，凭借个人积累的经验来操作，对于脊椎解剖结构变异、骨质结构异常等情况无法在术中作到实时监测和精确判断，这样就很难做到每次都能精准地植入椎弓根螺钉，有报道称采用传统的手术方法有10%-40%的椎弓根螺钉放置不理想或者不正确［2］。20世纪90年代初开始，计算机辅助外科导航技术在脊柱外科的应用慢慢兴起，使手术操作更加准确和安全，与传统的椎弓根螺钉植入技术相比在准确性和安全性方面有了明显的提高［3］。导航引导下的椎弓根螺钉植入较传统方法的优势还在于减少了术中反复定位及透视调整导针的位置，节省了椎弓根螺钉植入的时间，而且还减少了因为反复调整螺钉所引起的椎弓根钉道的扩大及术后椎弓根螺钉失败的几率。国内也有报道［4］采用脊柱导航系统较传统的方法在椎弓根螺钉的准确置入时间、手术出血量上有显著性优势，在总的手术时间上无明显差异，虽然导航手术在植入椎弓根螺钉前准备工作较多，但并不增加总的手术时间。

在应用计算机辅助骨科导航后，我们有以下体会:①由于导航系统在术中实时图像扫描，术中利用一次3D-C型臂扫描即可将多幅图像传入导航仪，根据导航仪的动态提示图像进行手术操作，而无须C臂的重复定位，因此与传统的方法相比很大程度地减少了病人和医生的X线辐射量和辐射时间［5］;②利用导航工具的尖端延伸功能可测量钉道长度，根据导航地图中矢状位和横断位的图像可调整螺钉的角度和螺钉的直径，使手术更准确、安全和简便，减少手术并发症的发生;③术中患者示踪器夹取位置要准确，尽量靠近操作部位，且固定必须十分牢靠。如果术中患者示踪器发生松脱或位置变动，将导致导航图发生漂移，使定位不准确，可发生错误置钉造成脊髓、神经或血管损伤，此时要求重新扫描导航地图后方能再次行椎弓根螺钉植入;④目前临床所用的3D扫描会偶尔出现不明原因的扫描终止，可能是3D-C型臂在扫描过程中无法让导航仪发现其位置所致，也就是说在定扫描起始位置或终止位置过程中出现某个位置3D-C型臂在导航仪上不可见;⑤注意在导航仪获取3D-C型臂扫描完后的传输图像时需保证C臂机和导航仪不能发生移动，否则需要重新扫描。

由此可见计算机辅助骨科手术导航系统是骨科手术的一个新纪元，必将明显提高骨科手术安全性，除脊柱外科外，在骨科创伤和关节外科也有很大的应用前景。

［1］ Gautschi OP，Schatlo B，Schaller K，et al.Clinically relevant complications related to pedicle screw placement in thoracolumbar surgery and their management:a literature review of 35，630 pedicle screws［J］.Neurosurg Focus，2011，31(4):E8.

［2］ 杨永宏，郑杰.计算机辅助导航系统及其骨科应用［J］.中华创伤骨科杂志，2005，7(7):614-616.

［3］ Schlenzka D，Laine T，Lund T.Computer-assisted spine surgery:principles，technique，results and perspectives［J］.Orthopade，2000，29(7):658-669.

［4］ 徐林，俞兴，郑大滨，等.脊柱导航三维影像系统在椎弓根螺钉固定术中的应用［J］.中国矫形外科杂志，2004，12(23/24):1895-1897.

［5］ Gebhard F，Kraus M，Schneider E，et al.Radiation dosage in orthopedics—a comparison of computer-assisted procedures［J］.Unfallchirurg，2003，106:492-497.