脊柱骨折椎弓根螺钉置入准确率的影像学评估

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.23.022

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

胸腰椎螺钉置入导航技术的特点：胸腰椎螺钉置入导航技术结合电脑计算机的医学图像处理技术，能实现制定的可视三维化、空间立体化，可以通过定量化诊断、手术前或中模拟和预测、立体化定向导航技术以及远程化医疗等相互结合。

脊柱骨折原因：多见男性青壮年，多由间接外力引起，为由高处跌落时臀部或足着地、冲击性外力向上传至胸腰段发生骨折，少数由直接外力引起。

摘要

背景：在脊柱骨折椎弓根螺钉置入中采用X射线及CT均能提高置钉准确率，且X射线成本较低，可重复好，能减少射线损伤，但是该结论尚未得到证实。

目的：探讨X射线在脊柱骨折椎弓根螺钉置入中的应用效果及影像学评估方法。

方法：选择2014年11月至2016年12月医院收治脊柱骨折患者20例(骨折部位T_1-8)，根据患者情况进行手术治疗，分别在椎弓根中部、椎体后缘及椎体前缘皮质下沿着椎弓根轴线进针，利用C臂X射线记录其位置及对应关系变化规律，患者在X射线引导下置入100枚椎弓根螺钉，置入螺钉后利用CT完成椎弓根螺钉位置、深度的评估，分析X射线在脊柱骨折椎弓根螺钉置入中的应用效果。

结果与结论：C臂X射线下置入的实际钉道T₁，T₂，T₃，T₄，T₅，T₆，T₇，T₈钉道长度与虚拟钉道长度比较差异无显著性意义(P > 0.05)，X射线置钉时同样能提高置钉的准确性。共置入100枚螺钉，94枚螺钉优，螺钉完全置入椎体内，方向、深度等符合要求；6枚螺钉良，螺钉基本在椎弓根内，螺钉的深度、方向基本符合要求，部分螺钉轻微穿破，但骨皮质较少；0枚差；100枚脊柱骨折椎弓根螺钉中标本并未出现穿破，穿破率为0%。结果证实，利用C臂X射线透析分步引导脊柱骨折椎弓根螺钉置入效果理想。

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: 0000-0002-9578-448X(吴洁)

关键词: 骨科植入物, 人工假体, 脊柱骨折, 椎弓根螺钉, X射线, 影像学, 评估方法, 变化规律, 脊柱架标本, CT扫描

Abstract:

BACKGROUND: Volar locking plate is the domin Pedicle screw placement for spinal fractures with X-ray and CT assistant can optimize the accuracy of screw placement. Additionally, X-ray is cheap, repetitive and can reduce radiation injury, but has not been confirmed.

OBJECTIVE: To evaluate the effect and imaging evaluation of X-ray in pedicle screw placement for spinal fractures.

METHODS: Twenty patients with spinal fractures at T_1-8 levels in our hospital from November 2014 to December 2016 were enrolled. The needles were placed along the pedicle axis at the middle of the pedicle, vertebral posterior and vertebral anterior, and its position was recorded by C-arm X-ray, 100 pedicle screws were placed under C-arm X-ray, and then evaluated by CT to analyze the application effect of X-ray.

RESULTS AND CONCLUSION: The screw length between the actual placement at T₁, T₂, T₃, T₄, T₅, T₆, T₇, T₈ screw length under C-arm X-ray and virtual ones had no significant differences (P > 0.05), suggesting that X-ray can optimize the accuracy of screw placement. A total of 100 screws were placed, 94 screws were excellent, which were placed into the vertebral body completely, and the direction and depth were in accordance with the requirements. Six screws were good, some screws slightly worn out, but the cortical bone was less, and none was poor. No accident of pedicle violations was found. To conclude, C-arm X-ray-assisted screw placement for spinal fractures exhibits ideal outcomes.

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: Tissue Engineering, Spine, Fractures, Bone

中图分类号:

R318

李红蕊，羊冬梅，李宁宁，吴洁. 脊柱骨折椎弓根螺钉置入准确率的影像学评估[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(23): 3736-3740.

Li Hong-rui, Yang Dong-mei, Li Ning-ning, Wu Jie. Radiological assessment of the accuracy of screw placement for spinal fractures [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(23): 3736-3740.

图/表（结果） 2

参考文献

[1] Tian W, Han X, He D, et al. The comparison of computer assisted minimally invasive spine surgery and traditional open treatment for thoracolumbar fractures. Zhonghua Wai Ke Za Zhi. 2011;49(12):1061-1066.

[2] 徐俊杰,李业海,梁俊升,等.股骨近端抗旋转髓内钉内固定治疗股骨转子间骨折的安全性和有效性:前瞻性病例系列临床试验方案[J].中国组织工程研究,2016,20(43):6472-6478.

[3] 楚晓丰,阮洪江,姚束烨.关节镜辅助下微创手术治疗胫骨平台骨折[J].中国矫形外科杂志,2012,23(4):374-375.

[4] Zhu Y, Yang G, Luo CF, et al. Computed tomography-based Three-Column Classification in tibial plateau fractures: introduction of its utility and assessment of its reproducibility. J Trauma Acute Care Surg. 2012;73(3):731-737.

[5] 刘宗超,蒋燕,杨家福,等.有限内固定结合外固定支架与钢板治疗胫骨平台骨折的疗效分析[J].中国矫形外科杂志,2012,20(6): 505-508.

[6] Chang SM, Zhang YQ, Yao MW, et al. Schatzker type Ⅳ medial tibial plateau fractures: a computed tomography -based morphological subclassification. Orthopedics. 2014; 37(8):699-706.

[7] Zou H, Ma X, Tang C, et al. Biomechanical study on a novel injectable calcium phosphate cement containing poly(latic- co-glycolic acid) in repairing tibial plateau fractures. Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi. 2013;27(7): 855-859.

[8] 许振波,李强,胡敦祥,等.三钢板内固定治疗复杂胫骨平台骨折[J].江西医药,2013,48(12):1200-1202.

[9] Yang G, Zhai Q, Zhu Y, et al. The incidence of posterior tibial plateau fracture: an investigation of 525 fractures by using a CT-based classification system. Arch Orthop Trauma Surg. 2013;133(4):929-934.

[10] 左树青,丰佳萌.64排螺旋CT后处理技术在胫骨平台骨折中的应用价值[J].中国当代医药,2013,20(12):116-117.

[11] Dodd A, Oddone Paolucci E, Korley R. The effect of three- dimensional computed tomography reconstructions on preoperative planning of tibial plateau fractures：a case-control series. BMC Musculoskelet Disord. 2015;16(6): 144-149.

[12] de Lima Lopes C, da Rocha Candido Filho CA, de Lima E Silva TA, et al. Importance of radiological studies by means of computed tomography for managing fractures of the tibial plateau. Rev Bras Ortop. 2014;49(6):593-601.

[13] 谢卫宁,杨英年,李华,等.AO/OTA及三柱分型联合应用指导治疗累及后柱的胫骨平台骨折[J].中国骨与关节损伤杂志,2014, 29(10):1052-1053.

[14] Patange Subba Rao SP, Lewis J, Haddad Z, et al. Three column classification and Schatzker classification:a three-and two-dimensional computed tomography characterization and analysis of tibial plateau fractures. Eur J Orthop Surg Traumatol. 2014;24(7):1263-1270.

[15] Wang J, Wei J, Wang M. The distinct prediction standards for radiological assessments associated with soft tissue injuries in the acute tibial plateau fracture. Eur J Orthop Surg Traumatol. 2015;25(5):913-920.

[16] Gicquel T, Najihi N, Vendeuvre T, et al. Tibial plateau fractures: Reproducibility of three classifications(Schatzker,AO,Duparc) and a revised Duparc classification. Orthop Traumatol Surg Res. 2013;99(7):805-816.

[17] Broome B, Mauffrey C, Statton J, et al. Inflation osteoplasty: in vitro evaluation of a new technique for reducing depressed intra-articular fractures of the tibial plateau and distal radius. J Orthop Traumatol. 2012;13(2):89-95.

[18] 仲飙,张弛,孙辉,等.后外侧联合后内侧入路治疗胫骨平台后柱骨折的临床研究[J].中国骨与关节损伤杂志, 2012,27(10): 899-901.

[19] 王邦军,胡杨,严力军,等.双切口3块钢板内固定治疗 SchatzkerⅥ型胫骨平台骨折[J]. 中国骨与关节损伤杂志, 2014,29(6): 611-612.

[20] 夏天,王雷,董双海,等.经椎间孔扩大减压结合改良经椎间孔腰椎椎体间融合术治疗退变性腰椎管狭窄症(22例3年以上随访)[J].中国矫形外科杂志,2012,20(24):2242-2245.

[21] Jindal N, Sankhala SS, Bachhal V. The role of fusion in the management of burst fractures of the thoracolumbar spine treated by short segment pedicle screw fixation: a prospective randomised trial. J Bone Joint Surg Br. 2012;94(8):1101-1106.

[22] 向志军,钟生才,林伟,等.多节段开窗法在老年性退变性腰椎管狭窄症中的应用[J].中国矫形外科杂志,2012,20(9):852-854.

[23] 樊友亮,丁亮华,何双华,等.腰椎后部结构生物力学研究进展及其临床意义[J].中国医师进修杂志,2011,34(11):75-77.

[24] 向俊宜,孟庆奇,赵文韬,等.后路椎弓根钉内固定结合单纯椎间植骨融合与椎间融合器治疗腰椎不稳的疗效比较[J].广东医学, 2012,33(22):3423-3425.

[25] Li Q, Liu Y, Chu Z, et al. Treatment of thoracolumbar fractures with transpedicular intervertebral bone graft and pedicle screws fixation in injured vertebrae. Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi. 2011;25(8):956-959.

[26] 李智斐,钟远鸣,周劲衍,等.选择性神经根造影加封闭术对退行性腰椎管狭窄症患者的诊断意义和临床价值[J].广东医学, 2012, 33(2):240-242.

[27] 王治栋,朱若夫,杨惠林,等.前路减压Zero-p椎间融合器与传统钛板联合cage融合内固定治疗脊髓型颈椎病的疗效比较[J].中国脊柱脊髓杂志,2013,23(5):440-444.

[28] Wang X, Pang X, Wu P, et al. One-stage anterior debridement, bone grafting and posterior instrumentationvs. single posterior debridement, bone grafting,and instrumentation for the treatment of thoracic and lumbar spinal tuberculosis. Eur Spine J. 2014;23(4):830-837.

[29] 秦毅,李勇,李振宇,等.微创后路固定联合前路病灶清除植骨融合治疗胸腰段脊柱结核[J].中国矫形外科杂志, 2014,22(7): 659-667.

[30] Mederos Cuervo LM, Reyes Perez A, Valdes Alonso L, et al. Coinfection of Mycobacterium malmoense and Myco-bacterium tuberculosis in a patient with acquired inmune deficiency syndrome. Rev Peru Med Exp Salud Publica. 2014;31(4):788-792.

[31] Zhang X, Hu C, Yu K, et al. Volar locking plate (VLP) versus non-locking plate (NLP) in the treatment of die-punch fractures of the distal radius, an observational study. Int J Surg. 2016;34:142-147.

[32] Acar Y, Tezel O, Salman N, et al. 12th WINFOCUS world congress on ultrasound in emergency and critical care. Crit Ultrasound J. 2016;8(Suppl 1):12.

[33] Eryuva V, Altay T, Kayal? C, et al. Comparison of 90° and 180° plate constructions for comminuted distal humerus fractures in adults, and effects on clinical results. Ulus Travma Acil Cerrahi Derg. 2016;22(4):386-390.

[34] Oura K, Kunihiro O, Okada K, et al. Corrective osteotomy assisted by computer simulation for a malunited intra-articular fracture of the distal humerus: two case reports. Arch Orthop Trauma Surg. 2016;136(11):1499-1505.

[35] Vîlcioiu ID, Zamfirescu DG, Cristescu I, et al. The interdisciplinary approach of an aggressive giant cell tumor of bone complicated with a fracture of the distal femur. Rom J Morphol Embryol. 2016;57(2):567-72.

[36] Nguyen HS, Doan N, Lozen A, et al. Traumatic spondyloptosis at the cervico-thoracic junction without neurological deficits. Surg Neurol Int. 2016;7(Suppl 13): S366-S369.

引言

材料方法

1.1 设计 影像学观察试验。

1.2 时间及地点 于2014年11月至2016年12月在河北医科大学第一附属医院骨科完成。

1.3 对象 取2014年11月至2016年12月收治的脊柱骨折患者20例(骨折部位T_1-8)作为研究对象，男11例，女9例；年龄24-77岁，平均(46.1±2.4)岁；脊柱骨折原因：8例坠落伤，7例车祸伤，5例摔伤。

纳入标准：①符合脊柱骨折临床诊断标准；②符合手术适应证者；③对脊柱标本行平面CT扫描，避免标本存在难以通过肉眼发现的异常或骨缺损者。

排除标准：①排除不符合纳入标准者；②排除骨质疏松、先天性畸形及创伤标本；③资料不全或难以配合诊断、治疗者。

1.4 方法

1.4.1 椎弓根轴线导针置入入院后完善相关检查，结合临床表现及患者骨折原因制定相应的手术治疗方案。根据文献方法确定椎弓根轴线、后端的投影点。在椎弓根水平面、垂直面上平分椎弓根面与面相交的不部位作为椎弓根轴线，沿着椎弓根长轴、侧缘分别划出X，Y线，建立坐标轴，并将其交点作为椎弓根轴线后端的投影点。沿着该点钻入直径为1.5 mm的克氏针并将其作为导针，沿着椎弓根长轴上缘、侧缘的中分线画X，Y线，在X射线直视下向前推进，在导针进针点部位，椎弓根中部、后缘及前缘皮质下时，X射线透视标准正侧位向，导针制作完成后采用标准轴位透视下观察导针的位置^[9-10]。

1.4.2 C臂透视监测对应位置变化规律 ①轴线进钉：导针前端在位于轴线进钉部位，采用C臂X射线透视正位像，根据始终划分法记录导针前端在椎弓根投影下的位置，保证椎弓根左侧导针尖端在椎弓根投影9点至11点之间，右侧位于1点至3点间，保证其位于椎弓根投影外上缘；②轴线进钉方向：C臂透视侧位导针主要位于椎弓根中部，正位透视下可见导针前端位于椎弓根投影的中心^[11]。Philips BV Lecbra C型臂X射线(荷兰菲利普公司)下可见导针位于机体后侧时，可见导针前端位于椎弓根投影的内侧。进钉时只要椎弓根螺钉进钉位置在椎弓根中份、椎体后缘不同深度时，X射线下监视螺钉存在上述对应关系时可以保证椎弓根螺钉的安全置入^[12]；③椎弓根轴线导针沿椎弓根轴线到椎体前缘皮质时，可以准确的计算出侧位透视图像中导针在椎体中的深度^[13]。

1.4.3 C臂X射线下置入椎弓根螺钉患者在全身麻醉下俯卧在手术台上，在C臂X射线透视辅助下置钉。①监测引导进钉点：利用开口器开口，C臂X射线正位透视下见开口器尖端位于椎弓根投影外上缘，保证进钉点左侧位于9点到11点，右侧位于1点到3点，如果进钉点不正确则需要进行相应的调整^[14-15]；②监测进钉点方向：利用手椎钻入，C臂X射线下待手椎前端位于椎弓根中部时，观察正位透视下手椎是否位于椎弓根投影中心，如果位于椎弓根投影中心提示进钉方向正确，否则需要调整进钉方向。利用手椎继续钻入，C臂X射线下如果手椎前端位于椎体后缘时，且如果椎弓根投影内缘表示进钉方向正确，否则需要调整方向^[16]；③进钉深度的控制：待X射线下确定手椎钻入方向正确后继续钻入，X射线下侧位透视位于椎体前中1/3交界部位时，采用探子确定四壁、前端，然后拧入合适长度的椎弓根螺钉。如果侧位透视图天椎体深度T_1-3百分比不超过80%，T_4-8百分比不超过70%提示螺钉长度安全合适。共置入96枚椎弓根螺钉，将置钉位置、方向的准确性利用GE Light Speed 16层CT机(美国通用公司)测量进行调整^[16-17]。

1.5 主要观察指标

1.5.1 钉道情况观察通过计算机软件计算出模拟钉道长度，并且将计算机预定钉道长度与实际钉道长度情况进行比较。

1.5.2 置钉准确率情况观察CT复查置钉准确率情况，包括：优、良、差。优：置钉方向、位置、深度完全正确，未发生穿破及损伤周围组织情况；良好：置钉方向、位置、深度等基本正确，部分螺钉损伤周围组织；差：置钉方向、位置、深度中一个或多个指标存在明显无创或穿破。

1.5.3 并发症情况观察置钉后并发症发生率情况，包括：螺钉穿破、损伤周围组织等。

1.6 统计学分析 采用SPSS 18.0软件进行数据分析，计量资料采用x(_)±s表示，数据均符合正态分布，计数资料采用百分率表示，组间数据差异的比较采用卡方检验和t 检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

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

脊柱骨折占全身骨折的5%-6%，该疾病发病率虽然不高，但是骨折后引起的致残率较高，且临床缺乏有效的治疗方法^[18-19]。由于人体脊柱位置特殊，与许多重要脏器相连，损伤后当患者需要采用手术治疗时，置钉的方向、深度及进钉点确定相对困难^[20-21]。因此，临床上对于要椎弓根螺钉置入手术的精度相对较高。

椎弓根是腰椎部位最坚强的骨结构，而椎弓根螺钉内固定则具备良好的稳定性，且制定准确率明显优于其他内固定技术^[22]。徒手置钉是最传统的制定方法，利用侧块的解剖标志初略的确定置钉方向和位置，但是，由于胸腰椎部的结构相对复杂，单一的采用徒手置钉，导致误差较大，难以达到预期的置钉效果^[23-24]。

近年来，X射线在脊柱骨折椎弓根螺钉置入中得到应用，且效果理想。试验中，C臂X射线下置入的实际钉道T₁，T₂，T₃，T₄，T₅，T₆，T₇，T₈钉道长度与虚拟钉道长度比较差异无显著性意义。由此看出：C臂线下置钉能取得理想的效果，能保证置钉成功率。胸腰椎螺钉置入导航技术是一种集框架立体化定向技术、影像诊断学技术、微创化外科技术、人工引导智能技术相互结合的产物，该方法结合电脑计算机的医学图像处理技术，能实现制定的可视三维化、空间立体化，可以通过定量化诊断、手术前或中模拟和预测、立体化定向导航技术以及远程化医疗等相互结合^[25-26]。目前，计算机辅助导航椎弓根螺钉置入手术是目前相对比较成熟的技术。国外学者进行了一次试验^[27]，试验中对65例胸腰椎损伤患者置入266枚胸腰椎螺钉，随访4年结果显示：椎弓根皮质骨穿透率为8.5%，显著低于传统置入方法。国外学者对颈椎椎弓根螺钉导航手术进行研究，结果显示：导航组并无神经、血管损伤，而传统置钉组损伤率为2%。由此看出：脊柱椎弓根螺钉置入过程中采用影像学导航能提高置钉效果，避免对周围组织的损伤。

理想的进钉点应保证椎弓根轴线位在椎弓根后端，并沿着轴线方向进钉。该方法能最大限度的提高椎弓更横径、矢状径的运用，如果进钉发生偏移则会导致螺钉的误置，增加并发症的发生率^[28]。

从人体解剖学角度来说，虽然不临床上有许多椎弓根螺钉置入及解剖标志，但是当横突和关节突存在变异、关节突骨折增加或结构发生改变时，容易增加定位误差，且存在一定的局限性，而C臂X射线则能弥补该缺点。X射线透视是目前脊柱椎螺钉置入中常用的方法，该方法置钉时必须对C型臂成像系统内部进行校准，所以必须在C臂影像增强器一侧安装均匀规格的校正模板，因此该导航方法属于是一种几何校正导航。该导航方法虽然能提供实时、可视化虚拟图像，并且可以引导手术器械操作^[29]。

X射线透视下能实践虚拟钉道与模拟钉道的相互结合，从而能获得实体的虚拟解剖图形，该导航方法主要能将X射线拍摄获得的数据进行三维重建，能实现患者透视图像与空间坐标之间的自由转换，从而完成空间注册，并且图像传输完毕后不需要二次加工即可使用，能动态的显示手术器械与患者手术部位的准确位置，从而能实现导航目的，可以提高胸腰椎螺钉置入准确率。

本课题中共置入100枚螺钉，94枚螺钉优，螺钉完全置入椎体内，方向、深度等符合要求。6枚螺钉良，螺钉基本在椎弓根内，螺钉的深度、方向基本符合要求，部分螺钉轻微穿破，但骨皮质较少，0枚差。同时，患者术前采用X射线扫描数据能将获得的数据用于计算机重建，并将其作为引导螺钉的主要方法。

通过X射线扫描能将获得的图像从不同的图像角度进行观察，确定进钉的方向、角度及深度，从而能为三维导航提供依据和参考。但是，目前胸腰椎螺钉置入过程中虽然存在一定成功案例，但是X射线在使用时尚存在一些不足，手术前采用X射线扫描时如果与患者骨解剖结构配准系数相对较小，将会增加手术及导航虚拟难度，延长了手术时间，导致导航的时效性较差，并且手术对于医师的要求也相对较高，并且还会增加患者经济负担^[30-36]。

试验中96枚脊柱骨折椎弓根螺钉中标本并未出现穿破，穿破率为0%。因此，临床上胸腰椎患者螺钉置入过程中应根据每一位患者选择合适的导航方法，综合考虑患者的经济实力、术前检查情况，提高手术成功率，使得患者的治疗更具针对性。

综上所述，利用C臂X射线透析分步引导脊柱骨折椎弓根螺钉置入效果理想，属于是一种经济、可行性，具有安全、准确性及实用性，具有广泛的应用前景。

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