光电导航下经皮椎弓根螺钉复位内固定和开放后路椎弓根螺钉复位内固定治疗胸腰椎骨折

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.23.019

摘要/Abstract

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文题释义：

光电导航系统：该系统由导航工具、位置跟踪仪、监视器和工作站组成，将空间立体导航技术、计算机图像处理及可视化技术与临床手术结合起来，使手术器械的位置在术中通过影像实时显示。因精确性、安全性及快速性的特点使其在临床逐渐得到广泛应用。

经皮椎弓根螺钉技术：传统开放置钉技术为了暴露椎弓根钉置入点，广泛剥离、过度牵拉椎旁软组织有时难以避免。在此基础上，从20世纪80年代Magerl率先开展腰椎经皮穿刺固定术；该技术发展主要经历了3个阶段：外固定阶段、皮下内固定阶段以及现在广泛应用的深肌层内固定阶段，其较开放置钉有着独特的优点，目前已广泛应用于无神经症状的胸腰椎骨折治疗。

摘要

背景：光电导航引导下经皮椎弓根螺钉的植入已在临床中广泛开展，其准确性、安全性、有效性目前仍缺乏循证医学的证实。

目的：比较后路光电导航下经皮椎弓根螺钉复位固定术与传统开放手术治疗胸腰椎骨折的临床疗效。

方法： 61例胸腰椎骨折患者，分别采用光电导航下经皮椎弓根螺钉复位内固定治疗(31例，微创组)和传统开放后路椎弓根螺钉复位内固定(30例，开放组)治疗。对两组患者围手术期相关指标、影像学指标、术后功能恢复情况及并发症发生率并进行比较。

结果与结论：①微创手术组内固定后1周伤口疼痛评分、术中出血量、X射线透视次数、术后住院时间均显著低于或少于开放组(P < 0.05)；②手术时间两组差异无显著性意义(P > 0.05)；③两组内固定后椎体复位的影像学指标均较内固定前明显改善(P < 0.05)；两组内固定后影像学指标较内固定改善程度差异无显著性意义(P > 0.05)；④术后螺钉与上终板夹角微创组显著小于开放组(P < 0.05)；⑤内固定后微创组优良植钉率显著高于开放组(P < 0.05)；⑥结果说明，光电导航下经皮椎弓根螺钉内固定术治疗胸腰椎骨折与传统开放手术相比具有置钉准确性高、术中透视次数少、切口小、出血少、恢复快等优点。

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
ORCID: 0000-0002-1433-1391(钟泽莅)

关键词: 骨科植入物, 脊柱植入物, 光电导航系统, 微创, 经皮椎弓根螺钉内固定术, X线

Abstract:

BACKGROUND: Photoelectric navigation-aided percutaneous pedicle screw placement has been developed extensively, but its accuracy, safety and effectiveness have not yet been confirmed by evidence-based medicine.

OBJECTIVE: To compare the curative efficacy of photoelectric navigation-aided percutaneous pedicle screw placement and traditional open posterior pedicle screw fixation for thoracolumbar fractures.

METHODS: Sixty patients with thoracolumbar fractures were equivalently randomized to treatment and control groups and then underwent photoelectric navigation-aided percutaneous pedicle screw placement and traditional open posterior pedicle screw fixation, respectively. The perioperative indexes, imaging indexes, function recovery and incidence of complications were compared between two groups.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The Visual Analogue Scale scores, intraoperative blood loss, radiant times, and hospitalization time in the treatment group were significantly less than those in the control group (P < 0.05). (2) The operation time did not differ significantly between two groups (P > 0.05). (3) The postoperative sagittal Cobb angle, and percentage of anterior height in the vertebral body in the two groups were significantly improved compared with those before surgery (P < 0.05), but all above imaging indexes showed no significant differences between two groups (P > 0.05). The endplate-screw angle in the treatment group was significantly less than that in the control group (P < 0.05). (5) The excellent and good rate of placement in the treatment group was significantly higher than that in the control group (P < 0.05). (6) These results suggest that compared with the traditional open posterior pedicle screw fixation, the photoelectric navigation-aided percutaneous pedicle screw placement exhibits high placement accuracy, less radiant times, less trauma, less blood loss and rapid functional recovery.

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Key words: Lumbar Vertebrae, Fractures, Bone, Surgical Procedures, Minimally Invasive, Internal Fixators, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

钟泽莅，万盛钰，谭伦，林旭，吴超. 光电导航下经皮椎弓根螺钉复位内固定和开放后路椎弓根螺钉复位内固定治疗胸腰椎骨折[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(23): 3718-3723.

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图/表（结果） 5

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引言

材料方法

1.1 设计 对比观察。

1.2 时间及地点 病例来源于2013年10月至2016年1月自贡市第四人民医院收治的胸腰椎脊柱骨折患者。

1.3 对象

1.3.1 胸腰椎骨折诊断标准根据临床表现及影像学资料进行诊断。

1.3.2 病例纳入标准 ①单节段胸腰椎骨折，无脱位；②AO分型为A/B型，CT椎管占位< 30%^[12]；③年龄18-70岁，术前评估能耐受手术。

1.3.3 排除标准 ①存在脊髓和神经根损伤的症状和体征；②先天性椎体发育不良；③病理性骨折及严重的骨质疏松者。

1.3.4 剔除标准对已被选入本临床研究，属于以下情况之一者，作为剔除病例：①不符合纳入标准，或符合排除标准者；②病历记载不完整或影像资料不全者。

符合上述标准的胸腰椎脊柱骨折患者61例。手术方法分为2种，其中光电导航下后路微创经皮固定组(微创组)31例，内固定组(开放组)30例，微创组和开放组均进行6-24个月的随访。分别随访(19.92±11.45)个月和(21.50±8.67)个月，两组一般资料比较及随访时间差异无显著性意义 (P > 0.05)。

1.4 材料 开放组椎弓根螺钉由北京威高亚华人工关节开发有限公司提供；微创组椎弓根螺钉由北京市富乐科技开发有限公司提供。两组椎弓根螺钉材质均为钛合金，均具有良好的生物相容性、可终身植入。

1.5 方法

1.5.1 微创组内固定方法患者全身麻醉成功后将患者胸部及髋部放置软垫，腹部悬空俯卧在体位复位架上。常规消毒铺巾。穿刺前于皮肤上标记患椎节段，指导C臂X射线机摄片范围。

(1)将光电导航固定参考架安置于患椎附近20 cm内，在参考架上固定反射球，使之位于双目红外线位置探测仪可探测范围。在C臂X射线机图像增强器上固定校准板，将导航系统定位架固定于患椎附近，并使其头端处于C臂X射线机拍摄范围。分别摄患椎节段正、侧位片，导入计算机工作站建立虚拟透视图像。在穿刺套针上安装手术器械示踪器，在计算机工作站内虚拟正、侧位透视图像上，按照导航系统注册方法进行图像配准和器械注册，注册成功后手术器械以光标形式显示在虚拟正、侧位透视图像上，并且可显示已注册器械的尖端在空间中的延长线。

(2)调整穿刺针使光标尖端(即穿刺针尖)位于椎弓根投影外侧壁，光标延长线在正、侧位片上均通过椎弓根中心，且在侧位片上与上终板平行，此时穿刺针与皮肤接触点为皮肤切口部位。于标记的穿刺点皮肤作小切口，穿刺针触探横突并内移至横突根部附近，检查穿刺针光标达到上述要求后进行穿刺，根据导航屏幕上模拟位置动态下引导进行穿刺，侧位图像上针尖到达椎体后缘时，正位图像见针尖贴近椎弓根投影内侧壁。见图1。置入导针穿刺至椎体前中份，C臂X射线机透视证实。通过导针用中空攻丝扩大钉道后，拧入带U形开口钉座的椎弓根螺钉。正、侧位透视确认螺钉位置满意。通过植钉的上、下纵切口间作深部肌肉隧道，将长度合适的预弯纵向固定棒植入U形开口钉座内，植入固定螺帽行初步固定，撑开复位并矫正屈曲畸形后，锁紧螺帽。再次正、侧位透视确认螺钉、固定棒位置满意。折断螺钉钉座，全层缝合切口，敷料包扎。

1.5.2 开放组内固定方法按传统后路开放方法行后正中10-15 cm手术切口，仔细分离椎旁软组织，暴露固定范围，并行椎弓根螺钉置入、复位、伤口处理方法与微创组一致。

1.6 主要观察指标

1.6.1 临床评价指标两组患者术后1周伤口疼痛目测类比(VAS)评分，内固定中出血量，X射线透视次数(包括定位、穿刺及确认植钉的摄片总次数)，平均住院日，手术时间。

1.6.2 影像学评价指标手术前后摄胸腰椎正、侧位X射线片和CT，均以Dicom 格式保存，采用MiniViewer Version1.0 软件(Millennium Systems 公司，埃及)测量以下指标。

(1)矢状面Cobb角为伤椎上位椎体上终板线与伤椎下位椎体下终板线垂线的夹角。参照Fraey等^[13]的方法测量矢状面指数。

(2)伤椎椎体前缘高度百分比%=伤椎前缘实际高度/伤椎前缘参考高×100%[伤椎前缘参考高度=(伤椎上位椎体前缘高度+伤椎下位椎体前缘高度)/2]。

(3)侧位X射线片上测量螺钉与上终板夹角(endplate- screw angle，ESA)，取上终板与椎体前、后缘交点连线作为上终板线，其与螺钉轴位的夹角即为螺钉与上终板夹角。

(4)于CT横断面按照Ringel等^[14]的分级标准评估螺钉与椎弓根关系(pedicle-screw relationship，PSR)：椎弓根螺钉位于椎弓根内为Ⅰ级，椎弓根螺钉穿破椎弓根< 2 mm为Ⅱ级，椎弓根螺钉穿破椎弓根2-4 mm为Ⅲ级，椎弓根螺钉穿破椎弓根> 4 mm 为Ⅳ级；定义Ⅰ、Ⅱ级为优良植钉，Ⅲ、Ⅳ级为不良植钉。

(5)CT上观察植钉节段有无异常阴影，了解是否有血管损伤。

1.7 统计学分析 所得数据采用SPSS 19.0统计软件进行分析。计量资料以x(_)±s表示，组间比较采用独立样本t 检验；组内各时间点间比较采用重复测量方差分析，两两比较采用SNK检验；计数资料以率表示，组间比较采用χ²检验；检验水准α=0.05。

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讨论

椎体后方肌肉的供应血管是从前方经横突下缘和关节突外缘向后走形；同时腰神经后支脊神经于神经节外侧从脊神经发出向后经骨性纤维孔，在下位关节突与横突根部的上缘指间，致横突间肌内侧缘，分为后内侧支与后外侧支；而关节突周围及关节囊也是是众多腰背肌肉的起止附着点。传统开放后路手术需广泛剥离椎旁多裂肌，最长肌，尤其是关节突和横突周围软组织以清晰地显露置钉骨性解剖标志；常造成血管及脊神经后支的损伤。同时术中电刀及长时间的牵拉肌肉也是引发术后腰背肌肉损伤的原因。1977年，就有学者发现后正中手术入路具有高达96%不同程度的椎旁肌肉失神经支配^[15]，在1993年Sihvonen阐明了远期腰背部疼痛的主要原因是因为术中神经损伤而至肌肉萎缩^[16]。常规开放后路手术后的肌肉损伤、失神经萎缩，瘢痕形成是术后疗效不佳的主要原因^[4]。为了避免开放手术的不足1995年Mathews等^[17]开创了经皮椎弓根螺钉内固定技术的先河。2001年Foley等^[18]报道了应用Sextant系统的经皮椎弓根螺钉内固定技术，使椎弓根螺钉内固定方法发生了革命性改变。国内学者李长青等^[19-21]在国内率先采用经皮微创椎弓根螺钉用于治疗无神经功能损害的胸腰椎骨折，取得了良好的复位固定效果，显著降低了手术创伤。本研究因采用光电导航下准确地微创置钉，减少了对关节突周围软组织剥离，结果提示与传统开放手术相比光电导航下微创组具有术中出血少，术后恢复快，住院时间少，透视次数少等优点。

Weinstein等^[22]认为螺钉位于椎弓根内，且尽量与上终板平行可获得更好的稳定性，即螺钉与上终板夹角为0°时螺钉可获得最佳固定强度，这一观点已被大多数医生认同。光电导航系统能提供适时进针方向，使椎弓螺钉在失状位上的进钉方向始终尽量保持与上终板平行。术后X射线证实侧位片上微创组的螺钉与上终板夹角优于开放置钉组，这将有利于病椎骨折的复位及脊柱重建后的稳定性。

传统开放组置钉是根据经验、解剖标志置钉，根据传统的定位方法置钉，每个医师采用的定位进针点方法不同，所以进针点是“区域”。通过解剖标志间接穿刺到达椎弓根，大概判断椎体及椎弓根的直径、置钉外偏角、水平位角、矢状角，医师对椎体大小的判断是根据教科书及临床经验判断，其与每个个体的实际情况有一定的差距。由于椎弓根发育存在一定的解剖变异，同时受到患者体位改变、病变破坏及椎体旋转、滑移等因素的影响，传统椎弓根螺钉置入技术存在一定的失误率，腰骶段的置钉失误率可达8%-40%^[23-24]，在胸段的失误率可能更高，不仅影响椎弓根螺钉的生物力学强度，更会增加脊髓、神经、硬膜囊及血管损伤的风险。而传统微创经皮椎弓根钉置入时是在C 型臂下实时监控的，进针是定位“点”，置入过程中随时可监控，如发现误置可以及时调整进针的角度或者重新定位，穿刺时未完全暴露进针点不易滑移。传统置钉的椎弓根钉一般都是实心的椎弓根钉，即使椎弓根穿刺定位时位置基本正确，C型臂及时透视，但因椎弓根的不规则及椎体的松质骨无法绝对按照原来的进针方向进入，可能导致拔出定位针后置入椎弓根钉时存在误差。经皮椎弓根钉是空心螺钉，进针导丝在椎弓根钉置入后才拔出，起到导航作用，按照顺序置入一般不会出现误差。既往研究表明，应用经皮椎弓根螺钉技术置钉时置钉位置不佳的发生率为6.6%-23%^[25-30]．低于开放手术的8%-40%^[23-24^，^31]；但仍有1.9%-4.0% 患者发生与椎弓根螺钉误植相关的神经、血管损伤等并发症^[14^，²⁵^，^32-33]。如何寻求一种能进一步提高经皮螺钉植入准确率，同时又能减少辐射方法由关重要。因此本研究采用基于C臂X射线机的光电导航系统，可同时注册多个平面的虚拟图像，且为实时导航，因此对术中穿刺植钉过程可进行空间动态引导。当侧位导航图像上针尖到达椎体后缘时，正位导航图像上针尖贴近椎弓根投影的内侧壁，即为合适植钉方向；如穿刺时未达到前述要求，需在导航图像上对穿刺方向进行实时调整，对于穿刺过程的把握更直观。因此光电导航则将传统经皮的椎弓根螺钉置入技术变为可视化操作过程，使椎弓根螺钉的精准化置入成为可能。

根据Ringel等^[14]分类方法，本研究中导航组置钉准确率为98.01%，仅3枚Ⅲ级螺钉，无Ⅳ级螺钉；开放组置钉准确率则为91.22%，13枚Ⅲ级螺钉，也无Ⅳ级螺钉，表明光电导航导航系统可有效提高胸腰椎椎弓根螺钉置入的准确率。导航组全部151枚螺钉置钉前均探明钉道完整，但仍出现3枚Ⅲ级螺钉，作者分析可能系置螺过程中螺钉方向与钉道发生了轻微偏移所致，也可能是因为螺钉直径大于开路器直径，当钉道过于靠近椎弓根壁时，螺钉置入过程中可能将椎弓根壁挤破，但均未损伤神经。

综合上述，光电导航系统引导下经皮椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎骨折显著减少了由手术创伤给患者带来的痛苦，同时也能提高螺钉植入的准确性减少相关并发症，减少辐射对医务人员及患者的伤害。

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