三维影像引导脊柱椎弓根螺钉置入：准确性分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.31.007

摘要/Abstract

摘要：

背景：椎弓根螺钉置入是一种常见的修复各种脊柱疾病的方法，但在螺钉置入的安全性和准确性方面存在较大的难度。
目的：探讨脊柱椎弓根螺钉置入实施三维影像引导的效果。
方法：回顾性分析漯河市中医院2010年12月至2013年12月收治的118例行椎弓根螺钉置入患者的临床资料，均实施椎弓根螺钉置入内固定治疗，按照引导方式分为两组，每组59例。观察组给予三维影像脊柱导航，对照组给予常规X射线透视。观察两组患者的螺钉置入情况和修复相关指标，置入后随访1-12个月，对两组患者的置入后并发症发生情况进行比较。
结果与结论：观察组59例患者一共置入螺钉325枚，对照组319枚，观察组经评估为优良的有319枚，优良率为95%；对照组经评估为优良的有250枚，优良率为78%，两组差异有显著性意义(P < 0.05)。在螺钉置入所需时间方面，观察组显著短于对照组(P < 0.05)。在手术时间以及术中出血量方面，观察组两项指标均显著优于对照组(P < 0.05)。在螺钉置入后并发症发生率方面，观察组显著低于对照组(P < 0.05)。即表明在三维影像脊柱导航的影像引导下实施脊柱椎弓根螺钉置入内固定，可以有效缩短螺钉置入所需的时间，提高置入的准确性等，并减少各种并发症的出现。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 植入物, 脊柱植入物, 三维影像脊柱导航, 脊柱, 椎弓根螺钉, 效果, 并发症

Abstract:

BACKGROUND: Pedicle screw implantation is a common method to repair various spinal diseases, but there is a big difficulty in the safety and accuracy of screw placement.
OBJECTIVE: To explore the effects of spinal pedicle screw implantation in the implementation of image guidance.
METHODS: A retrospective analysis was performed on clinical data of 118 cases of pedicle screw implantation in the Luohe Hospital of Traditional Chinese Medicine from December 2010 to December 2013. They received internal fixation with pedicle screws. They were equally divided into two groups according to guidance method. Observation group underwent three-dimensional imaging of spinal navigation. Control group received conventional X-ray fluoroscopy. Screw placement and repair-related indexes were observed in the two groups. After implantation, they were followed up for 1-12 months. Postoperative complications were compared in both groups.
RESULTS AND CONCLUSION: 59 patients in the observation group were implanted with 325 screws, and 59 patients in the control group were implanted with 319 screws. In the observation group, the excellent and good rate was 95% (319 screws). In the control group, the excellent and good rate was 78% (250 screws). There were significant differences in the excellent and good rate between the two groups (P < 0.05). The time required in screw placement was significantly shorter in the observation group than that in the control group (P < 0.05). Operation time and the intraoperative bleeding were significantly better in the observation group than in the control group (P < 0.05). The incidence rate of postoperative complications was lower in the observation group than in the control group (P < 0.05). These data suggest that under the guidance of three-dimensional imaging of spinal navigation, spine pedicle screw fixation can effectively shorten the time required for screw placement, improve the accuracy of implantation, and reduce the occurrence of postoperative complications.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Spine, Bone Nails, Imaging, Three-Dimensional, Postoperative Complications

中图分类号:

R318

邵贺阳，孟丽娟. 三维影像引导脊柱椎弓根螺钉置入：准确性分析[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(31): 4955-4959.

Shao He-yang, Meng Li-juan. Three-dimensional imaging guided vertebral pedicle screw placement: accuracy analysis [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(31): 4955-4959.

图/表（结果） 4

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引言

脊柱是人体的中轴骨，包含多个复杂的关节连接系统。脊柱的正常功能离不开正常的负重力线以及完整的骨性结构。但在剧烈外力和疾病等因素的作用下，容易对负重力线以及骨性结构产生影响，较易导致各种损伤的出现。一旦发生病变，患者的脊柱便会失去正常的生理功能，并表现出一系列的临床症状[1]。在对各种脊柱病变患者进行治疗的过程中大多采用手术的方式，手术目的是有效消除病变，并实现患者脊柱序列和力线的有效重建，从而恢复脊柱原本的稳定性[2]。

随着人口的老年化，退行性脊柱疾患发病率逐年升高，脊柱的减压与内固定融合已成为一项常规手术。在脊柱外科领域，手术相关技术主要涉及到减压、固定以及融合3方面。其中，在治疗过程中进行固定和融合的时候，需要用到螺钉以及各种融合器技术。其中，椎弓根螺钉置入固定技术是一种应用十分广泛的方法。但是传统的修复方法切口与损伤巨大，失血多，即使在术中不但需要透视、扩大切口显露脊柱的结构，由于脊柱解剖的变异并不能满足减压及椎弓根螺钉置钉精确性的要求，修复的精度依赖于医生的经验、解剖学结构及透视的引导。因此，一旦出现位置偏差，很容易造成神经损伤等并发症。在实际的螺钉置入过程中，较易出现螺钉置入位置不准确的情况，容易导致各种术后并发症等的出现，不利于提高预后效果[3]。依靠术中建立基准点结合多点参照，能够计算模拟出椎骨的三维立体影像，就像“GPS导航”引导开车一样，引导医生找到椎弓根螺钉置入的进钉点、方向及确定螺钉的长度，从而精确的置入椎弓根螺钉。不像此类传统手术依赖医生经验，术中因为误差而损伤脊髓，导致患者瘫痪。其打消了存在于脊柱外科医生心头的因为术中置钉失误而损伤脊髓及重要血管、神经的顾虑，使得原本复杂、风险高的手术变得简单、准确、安全。

手术精准化是外科发展的一个主流方向，而在三维影像引导下进行脊柱椎弓根螺钉置入，依靠术中建立基准点并结合多点参照，计算模拟出椎骨的三维立体影像，引导医生找到椎弓根螺钉置入的进钉点、方向及确定螺钉的长度，从而精确置入椎弓根螺钉。引用计算机导航技术后，使得原本复杂、风险高的手术变得简单、准确、安全，可用于目前临床开展的绝大部分脊柱手术。导航系统可用于目前临床开展的绝大部分脊柱手术当中，此技术明显提高了脊柱外科手术的精准度，降低了风险，并为骨科进一步向数字化、微创化、精准化方向发展提供了可靠的保证，从而造福更多的患者。

文章对漯河市中医院118例行椎弓根螺钉置入患者的临床资料进行了回顾性分析，分别实施三维影像脊柱导航和常规X射线透视。通过对两组患者的螺钉置入相关情况以及并发症发生情况进行比较分析，探讨脊柱椎弓根螺钉置入实施三维影像引导的效果。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

设计：对比观察试验。
时间及地点：于2013年4月至2014年4月在河南省漯河市中医院骨科完成。
对象：纳入118例行椎弓根螺钉置入的患者，男68例，女50例；年龄43-81岁，平均(67.7±2.6)岁。
纳入标准：实施椎弓根螺钉置入的患者，修复方法均符合人体试验伦理学标准，患者知情同意并征得医院伦理委员会批准。
排除标准：不符合手术指证、合并严重心肾等内科疾病者。
所有患者均实施椎弓根螺钉置入治疗，按照引导方式将患者分为两组，每组59例。观察组给予三维影像脊柱导航，对照组给予常规X射线透视。
材料：两组患者均使用相同的脊柱椎弓根螺钉系统(美国)，产品标准：YZB/USA0168-2006。材料均为钛合金，包括螺钉和锁定帽、垫片以及横向连接器。非灭菌包装。产品适用范围用途：与同一系统组件配合使用。
方法：两组患者均由同一组医务人员完成整个治疗过程。
对照组在常规X射线透视下置入椎弓根螺钉，采用X射线透视正侧位法评估椎弓根螺钉的位置和深度满意后，即刻采用术中三维影像系统进行评估。
观察组在三维影像脊柱导航下置入椎弓根螺钉。工作站置于术者对面，导航红外相机置于手术台头端。常规后正中入路，将患者腰椎后路结构显露出来，然后利用手术区的脊柱三维资料予以采集，并将资料传输至脊柱导航系统工作站进行处理。
导航监测仪上可提供多种螺钉轨迹，术者确定最理想的一种作为螺钉预定轨迹，术者将椎弓根开路器置于预定轨迹螺钉进针点，按照监测仪上显示的轨迹置入椎弓根探针，根据图像显示，选择合适粗细、长度的椎弓根螺钉，沿开放好的椎弓根通道进行螺钉置入，具体方法如图1所示。
椎弓根螺钉置入准确性评估：优：螺钉完全位于椎弓根内；良：仅有螺钉螺纹穿出椎弓根峡部皮质(不超过螺钉直径的1/4)，对周围神经、血管无危险；差：螺钉明显穿出椎弓根峡部皮质(超过螺钉直径的1/4)有对周围神经、血管造成损伤的危险。
主要观察指标：观察两组患者的螺钉置入情况和修复相关指标，置入后随访1-12个月，对两组患者的置入后并发症发生情况进行比较。
统计学分析：利用SPSS 17.0软件统一处理研究中得到的所有数据，其中螺钉置入时间、手术时间以及术中出血量均予以t 检验，并利用x(_)±s表示，螺钉位置优良率和并发症发生率均予以χ2检验。如果经过比较两组数据之间存在显著差异时，即P < 0.05的时候，即认为两组数据之间差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

脊柱是人体的“中流砥柱”，位置较深，其自身和周边组织的结构复杂，毗邻着重要的神经和血管^[4]。但由于脊柱结构复杂，修复难度和危险性高，一旦出现位置偏差，容易造成神经损伤等并发症。

椎弓根螺钉置入内固定是一种常见的修复各种脊柱疾病的方法，该技术以脊柱的“三柱”理论为基础，从后向前将螺钉通过椎弓根，达到椎体前方。实现椎体前、中、后三柱的有效固定，从而实现恢复脊柱稳定性的目的，达到治疗疾病的效果^[5]。现如今，在临床治疗中，椎弓根螺钉置入技术已经成为临床脊柱手术中使用最广泛、最核心的技术之一，在脊柱稳定性重建方面具有至关重要的作用^[6-9]。与传统的开放手术相比，有着不可比拟的优势：术中切口小，创伤出血少，且无需广泛切开肌肉韧带等软组织，从而避免了肌肉软组织剥离过多所导致的迟发性脊柱不稳。由于创伤小，术后患者恢复快，可以早期下床活动，对腰椎滑脱患者术后的功能锻炼和恢复提供了有利的条件。但在利用椎弓根螺钉置入内固定治疗各种疾病，重建脊柱稳定性的过程中，稍有差错，便容易导致螺钉置入的不准确，极易各种并发症的出现^[10]。以往的修复过程中，大多采用的是常规X射线透视的方式，平面影像难以呈现器官、组织的自然感，需要不断修正平面与现实之间的差异，以避开眼和手的误差^[11-12]。既往向椎体内置入螺钉时，手术视野深方的众多复杂结构无法直视，需要依赖术者丰富的临床经验，来选择合适的进钉点及特定的角度，即通俗意义上的“盲打”^[13-15]。而对于一些复杂的脊柱畸形病例来说，由于生理结构的改变，通常合并神经、血管走形的异常，极可能出现脊髓神经损伤、截瘫等并发症，具有难度高、风险大的特点^[16-19]。因此，临床一直试图寻找更先进的方法降低操作难度和风险。

近年来，随着医疗器械发展和计算机技术的日益成熟，三维骨科导航技术有效地解决了脊柱手术中“看不见”的难题^[20-22]。使脊柱微创手术的手术精度更上一个台阶，在手术的安全性与手术精度上得到极大的提高^[23-24]。三维影像脊柱导航系统的应用正好可以弥补了这方面的不足，它可以将患者术中的影像学数据与解剖结构精确对应，并将手术器械的位置在图像上以虚拟探针的形式实时显示，从而避免了进针时误伤神经的风险，使手术更加精确、安全、快速，充分体现了现代微侵袭外科的要求的特点。导航系统将患者术前或术中影像数据和手术床上患者解剖结构准确对应，术中跟踪手术器械并将手术器械的位置在患者影像上以虚拟探针的形式实时更新显示，使医生对手术器械相对患者解剖结构的位置一目了然，使外科手术更快速、更精确、更安全。导航系统提高了置钉的精确性，避免神经血管损伤，减少了术中X射线透视次数。保护患者及医护人员健康。治疗过程中，计算机实时三维导航技术提供了脊柱手术部位的三维立体解剖信息，精度是肉眼和普通透视都无法达到的，从而使脊柱手术达到有效的安全保障[25]。对于脊柱外科医生而言，利用三维骨科导航可以实时地了解器械与患者的骨结构之间的三维位置关系，将器械安全准确地置入最佳位置，实现了脊柱外科手术的精准性和安全性[26-29]。导航技术在提高修复安全性的同时，还可与微创技术相结合^[30-31]。通过“透视”的方法可以减少手术造成的创伤，针对病变部位有的放矢地进行治疗。从而显著提治疗的高安全性，减少各种并发症的发生^[32-33]。总之，术中三维导航技术可提供复杂解剖结构的三维影像，提高修复精确性，减少并发症^[34-36]。同时可使常规手术微创化，并可提高微创手术的精确性及安全性，弥补了微创手术显露不清的缺陷^[37]。此外，术中即时三维导航技术还可提供实时影像，减少术中放射线过多暴露，降低放射风险^[38-39]。Putzier等^[40]对100例接受椎弓根螺钉置入的患者进行研究，发现三维导航组的螺钉位置优良率显著高于采用传统方法的患者组。导航系统在设计时充分考虑了与原有各种常用脊柱外科手术设备的统一性，因此本系统的加入，对常规脊柱外科手术程序并没有明显的干扰，仅是增加了修复过程中脊柱的3D扫描等操作，使手术准备时间少许延长。但由于无须消耗大量时间用于寻找确定病灶位置，故手术时间反而有所缩短。本次研究结果显示，观察组59例患者一共置入螺钉325枚，对照组319枚，观察组经评估为优良的有319枚，优良率为95%；对照组经评估为优良的有250枚，优良率为78%。在螺钉置入所需时间、手术时间、术中出血量以及术后并发症发生率等方面，观察组均显著优于对照组。即表明，在三维影像脊柱导航的影像引导方式下实施脊柱椎弓根螺钉置入，可以获得良好的效果。

综上所述，在脊柱椎弓根螺钉置入实施三维影像脊柱导航的影像引导，可以有效缩短螺钉置入所需的时间，提高置入的准确性等，并减少各种术后并发症的出现，具有一定的临床应用价值。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程