计算机重建技术辅助胸椎椎弓根钉置入的准确性

doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2011.04.006

摘要/Abstract

摘要：

背景：由于椎骨周围组织关系复杂，使得胸椎椎弓根钉置入成功率不是很理想。随着更精密的成像设备的出现，骨科术前检查变得更清晰，准确。借助数字化成像设备势必要提高椎弓根钉置入准确性。
目的：比较分析螺旋CT计算机三维重建辅助指导技术与传统徒手技术置入胸椎椎弓根钉成功率及准确性的差异。
方法：纳入56例胸椎损伤患者，内固定前根据患者意愿选择置钉方式，三维重建辅助组及传统徒手组各28例。置钉前三维重建辅助组患者全部采用128排高分辨率CT对胸椎进行扫描，得到的数据输入计算机数据库，根据软件生成的三维立体图像，模拟手术路径和置钉参数。传统徒手组患者行普通X射线和CT检测，不应用三维重建辅助组的重建和模拟功能。所有病例记录置钉成功率，内固定后再次进行螺旋CT扫描评估置钉准确性。
结果与结论：与传统徒手组比较，三维重建辅助组置钉成功率显著提高(P < 0.05)，椎弓根穿破率显著降低(P < 0.05)。提示利用螺旋CT三维重建技术辅助胸椎椎弓根钉内固定，可以明显提高椎弓根钉置入的成功率和准确性。

关键词: 三维重建, 计算机体层摄影, 胸椎, 椎弓根钉, 数字化骨科技术

Abstract:

BACKGROUND: The achievement ratio of thoracic pedicle screw placement is not ideal, because of the complex environment surround vertebrae. With the sophisticated image equipment development, preoperative orthopedics examination becomes clearer and accurate.
OBJECTIVE: To compare the success rate and accuracy of thoracic pedicle screw placement achieved by screw insertion assisted by spiral CT image three dimensional reconstruction technique and the conventional free hand placement technique.
METHODS: A total of 56 patients with thoracic vertebrae injury were included. According to patients’ will to select placement means before internal fixation, three-dimensional reconstruction-aided group and conventional free hand technique group of 28 cases, respectively. All patients in three-dimensional reconstruction-aided group were treated with thoracic vertebrae scanning by high-resolution spiral CT, the data entered into computer database. According to software-generated three-dimensional images, surgical path and pedicle screw parameters were stimulated. Patients in conventional free hand technique group underwent ordinary X-ray and CT detection, reconstruction and stimulation function in three-dimensional reconstruction-aided group were not applied. The success rate of pedicle screws in all cases was recorded. The accuracy of pedicle screws was evaluated again by spiral CT scanning after internal fixation.
RESULTS AND CONCLUSION: Compared with conventional free hand technique group, the success rate of thoracic screw placement in three-dimensional reconstruction-aided group was significantly increased (P < 0.05), the pedicle perforation rate was significantly reduced (P < 0.05). It is indicated that thoracic pedicle screw internal fixation with spiral CT three-dimensional reconstruction-aided technology can significantly improve the success rate and accuracy of thoracic screw placement.

中图分类号:

R318

未东兴，张震，王九辉. 计算机重建技术辅助胸椎椎弓根钉置入的准确性[J]. 中国组织工程研究, 2011, 15(4): 593-596.

Wei Dong-xing, Zhang Zhen, Wang Jiu-hui. Accuracy of thoracic pedicle screw placement based on computer-aided reconstruction technique[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2011, 15(4): 593-596.

参考文献

引言

材料方法

讨论

胸椎椎弓根螺钉的置钉方法已有较多的报道^[8-10]，但徒手法仍是目前临床上最常采用的置钉方法^[1-3]，该法主要根据椎体后方横突、椎板及上关节突等骨性解剖标志确定入钉点，通过术者手感和椎弓根探子对螺钉通道的探摸来进行钉道准备，因此要求术者具有丰富的脊柱外科经验。此外，为尽可能地确保螺钉置入恰当位置以减少神经损伤等并发症的发生。各种徒手法其进钉点、进钉方向不尽相同，椎弓根皮质穿破率一般为6.2%~72.4%，因螺钉误置所导致的神经、血管、内脏损伤等并发症的发生率为0%~0.9%^[11]。在各种徒手置钉法中，目前以Kim徒手置钉法最为常用，该法强调椎弓根进钉点应根据不同的胸椎节段有所不同，比较符合胸椎椎弓根节段性差异的解剖学特点。多数学者认为Kim徒手置钉法是一种安全可行的置钉方法^[12]，其总的置钉准确率69.4%~93.8%，椎弓根皮质穿破率6.2%~30.6%，在进行钉道准备时引起脑脊液漏的报道较多^[13-14]。

传统的X射线平片或普通CT摄片仅可呈现病变的二维关系，无法进行三维显示，治疗主要靠医生个体的经验与手术技能^[15]。评估置钉准确性时，依据X射线片判断钉与椎弓根的准确空间位置关系较为困难，难以直观地反映椎弓根钉与椎弓根的位置和准确的量化穿破程度^[16]。随着多层螺旋CT的普及应用，其快速、高分辨率的扫描技术和后处理技术，在对脊柱疾患进行准确的定性定量诊断方面已体现出重要的价值，并且被认为是评估椎弓根钉置入准确性的最佳方法^[17]。随着大型计算机三维重建软件的开发和更高分辨率的三维螺旋CT的出现，使得术前模拟手术路径进行模拟手术得以实现。

本院2008年购进进口GE公司的高分辨率CT机，结合计算机辅助的容积重建、多层面重建技术对胸椎椎弓根钉手术进行测量和指导，能够清晰准确的模拟胸椎椎弓根置钉的路径，钉的选择和各项手术参数的术前制定，这无疑对于骨科手术具有以往无法比拟的优势。

本文选取2007/2010诊断明确的需要胸椎置钉的患者，行计算机辅助的三维重建组和传统手术组进行比较，结果显示置钉的成功率和准确性及各项指标均优于传统手术组。容积重建技术动态任意方向旋转脊柱，可以立体直观地呈现病变部位的整体情况、组织间的空间毗邻关系，具有X射线片和普通CT平扫无法达到的三维立体优势^[18]；结合容积重建成像技术，可以反映出椎管内突入或游离的骨块的空间构象大小和准确位置，有利于选择减压方式和入路^[19]。多层面重建技术具有呈现病变内部细节、任意剖面呈像及自动测量的优势，通过模拟椎弓根钉置入的理想通路，测量钉与周围骨性参考标志的距离和角度，可以确定入点的位置坐标、外展头倾的角度及钉的理想直径和长度^[20]。此外在胸椎椎弓根螺钉置入过程中，作者发现由于传统的手术无法对于椎弓跟处的血管和神经进行准确的定位，术中误伤的情况常有发生，而经过术前三维重建过的椎体由于空间组织关系较明确，这就对术中血管神经的位置有了很好的事前准备，且制定出了较好的对策，明显较少了手术误伤的问题。当然作者在手术中也发现了一些问题，如国产螺钉质量不是很过关，如果采用进口螺钉将会效果更好，但这有增加了手术费用。此外计算机三维重建模拟软件操作比较复杂，需要具有十分专业技术的人员操作，并与医生共同制定手术准备，目前这方面的配合和软件系统的使用功能还需要进一步拓展，以期达到该装置的最大功能。

总之，采用计算机辅助的高分比率CT三维重建技术能够帮助临床医生在胸椎椎弓根置钉手术的提高精确度，效果远优越于传统的手术方案，是一项值得推广和应用的全新治疗方法。

[1]	徐峰, 康辉, 魏坦军, 席金涛. 椎弓根螺钉不同固定方法治疗胸腰椎骨折的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1313-1317.
[2]	李晨杰, 吕林蔚, 宋阳, 刘静娜, 张春秋. 预紧力作用下钛合金人工假体界面骨小梁形态参数测量与统计分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 516-520.
[3]	李岳飞, 李瑞, 任佳彬, 刘鑫, 孙宁, 刘维克, 毕经纬, 孙兆忠. 三维CT指导经皮内镜后外侧入路治疗胸椎间盘突出症建立良好的骨性通道[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(21): 3354-3359.
[4]	韩世翀, 李昌, 刑海洋, 葛文龙, 王刚. 胫骨近端关节外骨折两种内固定方式的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(15): 2329-2333.
[5]	何仁建, 余超, 罗园超, 刘旭, 杨富国. Mimics软件评估椎体成形中骨水泥的安全剂量[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1482-1488.
[6]	和雨洁, 王海燕, 李志军, 李筱贺, 蔡永强, 戴丽娜, 许阳阳, 王一丹, 徐雪彬. 学龄期儿童胸椎经“椎弓根-肋骨”单元内固定的数字化测量[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(6): 869-876.
[7]	康朋, 张方新, 买合木提·亚库甫, 魏伟涛, 伊力哈木·托合提, 艾尔肯·阿木冬. 3D手术模拟测量Crowe Ⅳ型发育性髋关节发育不良的真实髋臼形态[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(36): 5749-5754.
[8]	武利兵, 许阳阳, 和雨洁, 王海燕, 高尚, 恩和吉日嘎拉, 李筱贺, 李志军. 三维数字化测量肾结石的解剖学病因及临床意义[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(29): 4662-4666.
[9]	许阳阳, 张凯, 李志军, 张云凤, 苏宝科, 王星, 王利东, 王一丹, 和雨洁, 李琨, 王海燕, 李筱贺. 12-15岁青少年腰椎椎弓根螺钉置入最佳选择的形态学分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(21): 3321-3328.
[10]	凌观汉, 李永斌, 潘学文, 林衡锋, 何科, 李远春, 陆柏宇, 陈昌林. 中日友好医院分型股骨头坏死腓骨植入治疗的三维有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(18): 2817-2822.
[11]	张帅, 欧阳建元, 彭雪莲, 王松, 王清. 髂骨翼宽度与高度对L₅椎弓根置钉遮挡的三维CT评估[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(18): 2873-2878.
[12]	申沧海, 冯永健, 宋彦澄, 刘钢, 刘志伟, 王玲, 戴海洋. MRI T2WI量化指标评估胸椎黄韧带骨化症手术预后的价值[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(18): 2893-2899.
[13]	许阳阳, 高尚, 苏宝科, 王一丹, 和雨洁, 李琨, 王海燕, 李筱贺. 三四岁儿童基底核团的三维形态学特点[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(17): 2724-2729.
[14]	伍笑棋, 李顶, 黄学成, 黄文华. 建立下肢形态学数据库为匹配术后即装假肢提供参考[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(15): 2297-2302.
[15]	施冬冬, 李晓峰, 熊货杰, 胡峰, 赵劲民, 陈前芬. 经腋中线胸腔入路上胸椎侧方内固定与传统前方钢板内固定：生物力学稳定性的对照分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(15): 2349-2354.