计算机导航与C臂透视下颈椎弓根置钉的实验研究

吴登将　杨进顺　陈为坚

[摘要]目的 对术中计算机导航与普通C臂透视辅助下颈椎弓根置钉精确性的对比实验研究。方法 筛选出2013年6月～2016年6月我校解剖教研室提供的经甲醛浸泡过成人颈椎标本（C1～T1）16个，要求保留完整的后方、侧方结构，CT扫描排除骨质疏松、椎弓根结构细小不能置钉的标本，随机分為两组。1组标本在普通C型臂X线机正侧位透视下进行C2～C7实体置钉，另1组标本在术中计算机导航辅助下置入椎弓根螺钉。术后行CT扫描、三维重建颈椎椎弓根，评估置入螺钉的精确性。结果 普通C臂透视下置入螺钉96枚，优60枚（62.5%），可20枚（20.8%），差16枚（16.7%）；计算机导航辅助下置入螺钉96枚，优88枚（91.7%），可6枚（6.2%），差2枚（2.1%）。两种置入颈椎螺钉方法的成功率比较（83.3% vs. 97.9%），差异有统计学意义（P<0.05）。结论 计算机导航法置钉较普通C臂透视下置钉准确性有明显提高。

[关键词]计算机导航；C臂透视；颈椎；椎弓根螺钉

[中图分类号] R687.1 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2018）6（c）-0064-04

[Abstract]Objective To compare the accuracy of intraoperative computer navigation and ordinary C-arm fluoroscopy in the placement of lower cervical pedicle screws.Methods Altogether 16 formalin-soaked adult cervical specimens（C1-T1） that were provided by Teaching and Research Section of Anatomy in our school from June 2013 to June 2016 were selected.The integrity of the posterior and lateral structure was required to be retained.CT scan was used to exclude specimens with osteoporosis and small pedicle screw structure that were unable to perform screw placement.The specimens were randomly divided into two groups，among which a group of specimens were placed in the C2-C7 entity under the positive lateral fluoroscopy of the normal C-arm machine；and another group of specimens were inserted into the pedicle screw under the guidance of intraoperative computer navigation.The CT scan and 3D reconstruction of the vertebral pedicle were performed to evaluate the accuracy of the screw placement.Results Altogether 96 screws were implanted under the fluoroscopy of C-arm，among which 60 （62.5%） were excellent，20 （20.8%） were good，16 （16.7%） were bad.And 96 screws were implanted by using computer navigation，among which 88 （91.7%） were excellent，6 （6.2%） were good，2 （2.1%） were bad.The success rate of two kinds of cervical screw insertion methods was compared （83.3% vs. 97.9%），with statistically significant difference （P<0.05）.Conclusion Compared with the conventional C-arm fluoroscopy，the accuracy of screw placement by using computer navigation is obviously improved.

[Key words]Computer navigation；C-arm fluoroscopy；Cervical spine；Pedicle screw

颈椎后路椎弓根内固定具有优越的生物力学稳定性[1]，但因颈椎的解剖结构变异大，椎弓根细小复杂，毗邻椎动脉和脊髓神经[2]，颈椎椎弓根置钉的难度和风险大大增加，螺钉穿破椎弓根皮质的概率较高[3]。近些年，计算机导航技术发展较快，已逐步应用于脊柱外科[4]。本研究比较了计算机导航辅助和C臂透视下置入颈椎椎弓根螺钉的可行性和精确性，为临床寻找准确、安全的置钉技术提供了很好的参考，现报道如下。

1材料与方法

1.1标本筛选与分组

筛选出2013年6月～2016年6月我校解剖教研室提供的经甲醛浸泡过成人颈椎标本（C1～T1）16具，要求保留完整的后方、侧方结构，CT扫描排除骨质疏松、椎弓根结构细小不能置钉的标本。随机分组：甲组8具，在C臂正侧位透视下置钉；乙组8具，在术中计算机实时三维导航下置钉。

1.2方法

颈椎标本牢固固定，采用颈椎后入路正中切口，充分暴露椎体，分别置入C2～C7两侧椎弓根螺钉，椎弓根螺钉直径3.0 mm、长度18～22 mm。两组标本置钉操作由熟练掌握椎弓根置钉技术同一实验者完成。

甲组（C臂透视法）操作方法：所采用的CT是东芝公司生產的64排高速螺旋CT。术前行标本螺旋CT薄层扫描及三维重建，根据测量结果确定椎弓根螺钉进针点、进针方向和螺钉的直径长度，然后在C臂正侧位透视下置入颈椎椎弓根螺钉，分别于开始置钉、置钉至10 mm和置入到预定位置时各行一次透视确认。乙组（计算机导航法）操作方法：所用设备是术中实时三维导航系统（西门子SIEMENS ARCADIS Orbic 3D、美敦力Medtronic StealthStation Tria plus导航等），其原理类似于卫星定位技术。术前常规连接影像系统与导航系统，固定颈椎标本牢靠、无晃动，根据置钉节段，充分剥离周围组织显露棘突、椎板至两侧关节突外缘，在临近棘突上安装导航参考架，调整C臂X线机位置并行190°扫描，通过扫描所得的骨性解剖数据传送至工作处理站，重建出三位导航影像（横断面、矢断面、冠状面），调整位置传感器，注册示踪器并校准智能工具，导航系统自动测算精确度。如果精确度满意，则选取最佳的进钉通道，在导航屏幕实时影像指引下用带有开口钻的示踪器钻探椎弓根并探测其位置、深度，攻丝、置入椎弓根螺钉（图1～图3）。

1.3术后判断标准

实验操作完成后对所有标本行螺旋CT扫描，并将颈椎逐节段解剖分离，观察评判椎弓根螺钉置入的精确性。按照螺钉与椎弓根狭窄部皮质的相对位置及穿透程度分为3类[5]。①1类：螺钉完全位于椎弓根皮质内、未有任何突破，为优。②2类：螺纹穿出椎弓根皮质但不超过2 mm，无周围神经、血管等组织损伤，为可。③3类：螺纹明显穿出椎弓根皮质且超过2 mm，周围神经、血管等组织有损伤，发生了临床并发症，为差。其中优和可均为成功，差为失败。

1.4统计学方法

采用SPSS 21.0 统计软件对数据进行处理、分析，应用四格表资料的连续性校正检验，得出椎弓根置入螺钉精确率，以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

甲组（C臂透视法）成功率为83.3%，失败率为16.7%，其中失败的16枚螺钉中12枚向外侧穿出，4枚向内侧穿出，C3节段有6枚，C4节段8枚，C6节段2枚。乙组（计算机导航法）成功率为97.9%，失败率2.1%，其中失败的2枚向外侧穿出，在C3节段，且发生于前两具标本。对两种方法的数据进行处理和分析，其成功率比较（83.3% vs. 97.9%），差异有统计学意义（χ2=8.82，P<0.05）（表1）。即相对于传统C臂透视，颈椎弓根置钉精确率在实时术中三维影像导航下有明显提高。

3讨论

解剖研究和临床应用中发现颈椎椎弓根是脊柱的坚强骨结构，经后路椎弓根内固定具有可靠的生物力学稳定性，具有强有力的抗拔出、抗扭转及抗伸展等，优于颈椎侧块螺钉-板系统等固定技术[6-7]。毋庸置疑，颈椎后入路椎弓根螺钉内固定在实际临床应用中有广阔的前景。然而，由于颈椎的解剖结构变异大，椎弓根细小复杂，毗邻椎动脉和脊髓神经，使颈椎椎弓根置钉的难度大大增加，螺钉穿破椎弓根皮质的概率较高，损伤血管、神经的风险增大，严重时危及生命[8-9]。毫无疑问，如何在手术中提高椎弓根置钉准确性成为颈椎内固定术成功的重中之重。目前国内外概括起来主要有两种颈椎椎弓根置钉的方法，分别是传统C臂透视下徒手置钉和计算机导航辅助下置钉。

传统徒手置钉法是术前通过CT扫描颈椎标本，得到椎体解剖数据，根据CT横断面、矢状面及冠状面，确定大概螺钉进钉点和方向，术中在C臂正侧位透视辅助下徒手置入颈椎弓根螺钉。此方法优势在于工具简单、在一般医院都能推广，不足是有一定盲目性，对手术者的经验、手感要求很高，出现并发症的机会也较多。本组实验中也发现许多问题，在此提出一起探讨：①虽然术前三维重建、术中C臂正侧位透视下置钉法也能量化各项椎体解剖指标，但椎弓根螺钉穿出皮质的风险仍较高，其中原因很多，如颈椎解剖、C型臂X机及手术者经验等。还有本实验为了反映置钉方法本身的真实结果，未像临床中使用椎弓根探子修改通道。②本实验结果显示，C3、C4椎体发生较多椎弓根螺钉穿破皮质，其中C3有6枚，C4有8枚。据关文献报道[10-11]，在C3、C4两个节段置后路椎弓根螺钉要特别小心，C3、C4椎体的椎弓根相对其他椎体更加细小。③实验还显示，椎弓根螺钉穿出外侧皮质的数量明显多于内侧皮质，其中16枚穿破螺钉中外侧有12枚，内侧4枚。相关研究报道也指出颈椎椎弓根螺钉置入角度要求偏内侧，这样会更安全，内侧壁比外侧壁更厚，厚度大约是外侧壁的1.4～3.6倍[12]。④本实验采用的是颈椎标本，标本后侧软组织充分显露，虽然这样方便实验置钉，但临床应用中显露、止血却是个值得注意的难题。

术中实时三维导航辅助下颈椎弓根螺钉内固定是近年来发展起来的一项新技术[13-14]。导航C型型臂X线机术中扫描颈椎标本，通过扫描所得的骨性解剖数据传送至工作处理站，重建出三位导航影像（横断面、矢断面、冠状面），自动校准智能工具和注册示踪器，在导航屏幕上实时动态显示出椎弓根螺钉的最佳通道，确定置入螺钉的最佳直径、长度，手术操作非常形象、直观，三维导航还可以根据术中情况随意更改手术方案，准确置入颈椎椎弓根螺钉。计算机导航在临床应用中有其优势，也存在着不足之处。其优势有：①术中实时三维图像引导下，手术操作变得形象、直观，提高了螺钉置入的准确性，减少了手术并发症。本实验结果显示，导航组的置钉准确率明显高于个体化组。②降低了放射X线对医护人员的危害，三维导航术中仅需进行一次性图像扫描，无须传统C臂反复的正侧位透视。其存在的缺点有：①术中导航不足之处主要是“漂移问题”，如术中患者体位发生明显变动、相对移位时，则所重建的虚拟三维图像无法真实反映原有的解剖关系，以致对术者产生误导[15]。因此，在术前患者应固定牢靠，术中操作要轻柔。②术中应避免使用手术灯等红外线设备，否则会影响三维定位系统正常工作。③导航设备昂贵，一般医院很难普及。

综上所述，脊柱外科医生需熟悉导航系统的原理和操作，并具备了一定的手术经验，这样计算机导航将发挥出无可比拟的优越性。

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（收稿日期：2017-08-18 本文编辑：崔建中）