導航輔助置入下頸椎椎弓根螺釘?shù)恼`差分析

1、導航輔助置入下頸椎椎弓根螺釘?shù)恼`差分析        【摘要】     目的 探討導航輔助置入下頸椎椎弓根螺釘?shù)臏蚀_性和產(chǎn)生誤差的原因。方法25例下頸椎疾患手術病人，導航輔助下置入144枚頸椎(C37)椎弓根螺釘，術后行X線、CT檢查，橫斷位測量螺釘中線與椎弓根內(nèi)壁的相對位置、與椎體中線的角度;矢狀位測量螺釘中線與椎弓根上壁的相對位置、與椎體上緣的角度;并與導航圖像的對應數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。結果2枚螺釘穿出椎弓根上壁，3枚螺釘穿出椎弓根外壁入椎動脈孔，其它螺釘術后C

2、T和術中導航圖像所顯示的位置角度無顯著性差異，導航圖像的顯示是基于堅硬物體原則，頸椎手術本身特點不可能完全滿足如此要求，兩者偏差表現(xiàn)為“漂移”現(xiàn)象。結論導航輔助置入下頸椎椎弓根螺釘準確性顯著提高，術中漂移是置釘偏差的原因。     【關鍵詞】  計算機輔助導航 頸椎 椎弓根螺釘    Analysis of errors of computerassisted cervical pedicle screw installationZHANG Honglei,ZHOU Dongsheng,WANG Dawe

3、i.Department of Orthopedics,Provincial Hospital Affiliated to Shandong University,Jinan 250021,ChinaAbstract：ObjectiveTo evaluate the accuracy of computerassisted cervical pedicle screw installation and discuss the reasons of screw malposition.MethodTotally 144 cervical pedicle screws were installed

4、 by computerassisted navigation in 25 patients with lower cervical spinal disease.All the patients were examined by Xrays and CT after operation.Screw position and direction were measured on the sagittal and transsection image of intraoperative navigation and postoperative CT.The result was analyzed

5、 statistically.ResultTwo screws perforated the upper pedicle wall,3 deviated from the lateral pedicle wal1.There was no statistical difference in screw position or direction between navigation and CT image.Navigational images were based on the principle of rigid tissue.ConclusionComputerassisted nav

6、igation can improve the accuracy of cervical pedicle screw installation.Screw malposition is responsible for the excursion phenomenon.Key words：computerassisted navigation; cervical spine; pedicle screw導航系統(tǒng)在腰椎椎弓根螺釘固定中已被應用1。頸椎椎弓根內(nèi)固定技術因具備三柱固定的優(yōu)越穩(wěn)定性而有良好的應用前景2。但由于頸椎椎弓根解剖結構變異大、毗鄰關系復雜，潛在損傷周圍神經(jīng)血管的風險很大，因此提高

7、置釘?shù)臏蚀_性和降低失誤率成為頸椎椎弓根內(nèi)固定技術能否深入開展的關鍵所在。山東省立醫(yī)院骨科自2004年10月開始應用CT三維導航系統(tǒng)輔助施行下頸椎椎弓根內(nèi)固定手術，作者相繼又對置釘?shù)臏蚀_性進行術中和術后的比較研究，并進一步分析誤差原因。1 資料和方法本組25例，男16例，女9例，平均42.4歲(2368歲)，其中頸椎骨折脫位12例，脊髓型頸椎病并頸椎不穩(wěn)定或后凸畸形11例，神經(jīng)根型頸椎病1例，后縱韌帶骨化癥1例，共置入椎弓根螺釘144枚。患者全麻，取俯臥位，GardnerWells骨牽引或Myfield頭頸手術架牽引固定，維持頸椎中立位，雙上肢盡量下拉并約束帶固定。頸后正中入路，骨膜下剝離雙側肌

8、肉，充分顯露手術節(jié)段后方結構至雙側小關節(jié)外側緣。在維持頸椎序列良好的前提下，安放并固定參考架于棘突，西門子公司CTSIREMOBIL IsoC 3D 掃描一次完成下頸椎椎體三維圖像，并將數(shù)據(jù)傳到導航工作站(Stryker公司紅外線主動誘導導航系統(tǒng))。根據(jù)椎弓根矢狀面和橫斷面圖像確定椎弓根釘入釘點和方向，用2 mm手錐擴開椎弓根，C型臂X線機透視檢驗位置無誤后，置入螺釘。術中或術后CT掃描進一步驗證椎弓根螺釘位置。按照螺釘是否穿透椎弓根和穿透程度，將其分為3類3：(1)一類：螺釘位置滿意，未穿出椎弓根皮質(zhì)，或僅輕微穿透(1 mm，但不需要翻修，患者無周圍組織癥狀，內(nèi)固定穩(wěn)定性良好;(3)三類：螺

9、釘穿透椎弓根皮質(zhì)>1 mm，患者出現(xiàn)周圍組織損傷表現(xiàn)或內(nèi)固定穩(wěn)定性差，需要進行翻修或取出。依據(jù)術后經(jīng)椎弓根CT橫斷面和矢狀面圖像觀察椎弓根螺釘置入的準確性,分別測出導航圖像(圖1)和術后CT圖像(圖2)中螺釘位置和方向的相關數(shù)據(jù)。螺釘?shù)奈恢糜闷湓谧倒鶅?nèi)的相對位置來表示，螺釘?shù)姆较蛴寐葆斉c椎體參照線的角度來表示：在橫斷面上，螺釘?shù)南鄬ξ恢檬锹葆斨芯€到椎弓根內(nèi)緣的距離與椎弓根寬度的比，螺釘?shù)姆较蚴锹葆斨芯€與椎體中軸線的角度;在矢狀面上，螺釘?shù)南鄬ξ恢檬锹葆斨芯€到椎弓根上緣的距離與椎弓根寬度的比，螺釘?shù)姆较蚴锹葆斨芯€與椎體上緣的角度。所得數(shù)據(jù)采用配對t檢驗(SPSS11.5軟件包)驗證導航圖

10、像和術后CT圖像螺釘置入的準確性有無顯著性差異,顯著水準：=0.05。典型病例：病例1(圖3)：女，51歲，確診為：脊髓型頸椎病并頸椎不穩(wěn)定，于2005年4月12日在全麻下行頸后路雙開門椎管擴大成形并椎弓根螺釘內(nèi)固定術。術中導航圖像顯示C3右側螺釘置入位置滿意，而C型臂X線機透視發(fā)現(xiàn)螺釘穿出椎弓根上壁進入椎間隙，予以術中調(diào)整。病例2(圖4)：男，44歲，確診為：脊髓型頸椎病并頸椎不穩(wěn)定，于2007年7月8日在全麻下行頸后路雙開門椎管擴大成形并椎弓根螺釘內(nèi)固定術。術中導航圖像顯示C4左側螺釘置入位置滿意，術后CT發(fā)現(xiàn)螺釘穿出椎弓根外壁。圖1 術中導航圖像的測量 圖1a 橫斷位圖像：螺釘在椎弓根內(nèi)

11、相對位置=c/d;方向=a和b的夾角 圖1b 矢狀位圖像：螺釘在椎弓根內(nèi)相對位置=c/d;方向=a和b的夾角 圖2 手術后CT圖像的測量 圖2a 橫斷位圖像：螺釘在椎弓根內(nèi)相對位置=c/d;方向=a和b的夾角 圖2b 矢狀位圖像：螺釘在椎弓根內(nèi)相對位置=c/d;方向=a和b的夾角 圖3 術中導航圖像顯示C3右側螺釘置入位置滿意，而C型臂X線機透視發(fā)現(xiàn)螺釘穿出椎弓根上壁進入椎間隙，予以術中調(diào)整 圖4 術中導航圖像顯示C4左側螺釘置入滿意，術后CT發(fā)現(xiàn)螺釘穿出椎弓根外壁2 結 果手術節(jié)段為C37,共置入螺釘144枚。手術中C型臂X線機透視發(fā)現(xiàn)2枚螺釘穿出椎弓根上壁，均術中調(diào)整;其中1例為C4、5骨

12、折脫位C3左側螺釘(術后未發(fā)現(xiàn)神經(jīng)癥狀)，1例為脊髓型頸椎病并頸椎不穩(wěn)定C3右側螺釘(術后出現(xiàn)一過性神經(jīng)根性疼痛，應用神經(jīng)營養(yǎng)藥物半月后癥狀消失，未留后遺癥)。術后CT發(fā)現(xiàn)3枚螺釘穿出椎弓根外壁入椎動脈孔，2例為C4骨折C3右側螺釘，1例為脊髓型頸椎病并頸椎不穩(wěn)定C4左側螺釘，3例患者術中和術后均未見出血和腦缺血癥狀。144枚螺釘中，第1類螺釘139枚，第2類螺釘3枚，第3類螺釘2枚。144枚螺釘中23枚未保留導航圖像，共有121枚螺釘測量比較了橫斷面位置和角度;此121枚螺釘中有22枚術后沒有矢狀位CT，共有99枚螺釘測量比較了矢狀面位置和角度。結果顯示導航圖像和術后CT圖像數(shù)據(jù)無顯著性差異

13、(表1)。術后隨訪3個月螺釘位置無變化。表1 導航圖像數(shù)據(jù)與手術后CT數(shù)據(jù)比較3 討 論理論上講只要頸椎椎弓根結構完整，均可采用頸椎椎弓根內(nèi)固定來完成頸椎穩(wěn)定性重建，并且其生物力學穩(wěn)定性優(yōu)于其它頸椎內(nèi)固定技術，但由于頸椎椎弓根螺釘穿透率較高4，損傷椎動脈和脊神經(jīng)潛在風險增大2，因此置釘準確性成為開展此項技術的瓶頸。計算機導航技術，也稱計算機輔助手術(computerassisted surgery，CAS)可以將手術中的解剖結構與手術器械對應在同一個空間體系內(nèi)，從而建立虛擬手術環(huán)境并三維顯示在屏幕上，可直觀引導術者操作，理論上可以提高手術準確性5。Marcus等6報道導航輔助下頸椎椎弓根螺釘置

14、釘準確率為100%。田偉、劉亞軍等7，8在導航輔助下對國人頸椎椎弓根螺釘置釘進行了基礎和臨床研究，以螺釘是否穿出椎弓根及穿出程度為依據(jù)得出結論：CT導航輔助下能顯著提高椎弓根螺釘置釘準確率(97.5%)。本組研究依據(jù)相同評定標準得出置釘準確率為96.5%(5/144)，與田偉、劉亞軍等所得結論十分相近。作者根據(jù)導航圖像和術后CT圖像中螺釘位置和方向的相關數(shù)據(jù)，進一步驗證了螺釘在椎弓根內(nèi)的偏差。結果顯示：導航和CT所測得的螺釘在椎弓根內(nèi)的位置接近椎弓根中央，角度測量兩組平均值相近，統(tǒng)計學分析兩組無顯著性差異。由此證明：導航圖像對螺釘方位引導準確，且術后CT圖像中螺釘方位能反映導航圖像中的螺釘方位

15、。本組病例中共有5枚螺釘出現(xiàn)2種誤差，分別是穿出椎弓根的上壁和外側壁。作者認為這是由導航設計原理和頸椎手術本身特點共同作用所致，并非偶然，有內(nèi)在規(guī)律可尋。計算機輔助手術是利用數(shù)字化掃描技術獲得患者影像信息并虛擬成三維圖形，應用空間立體定位技術來引導術者操作，因此導航圖像的顯示是基于堅硬物體原則，即導航圖像一旦形成就要求手術對象的解剖位置在三維空間內(nèi)始終不變。而頸椎手術本身不可能完全滿足如此要求。作者將此種手術對象的解剖位置在三維空間內(nèi)相對移動稱為“漂移”現(xiàn)象9。漂移1 mm(圖5)就會使導航產(chǎn)生1 mm的誤差，若漂移位置太大導航置入的螺釘就會破出椎弓根。圖5 誤差產(chǎn)生示意圖術前CT掃描得到的導

16、航圖像，其中L表示靶椎椎弓根到參考架的距離，術中頸椎前凸增大使得實際L'縮短，靶椎椎弓根“漂移”，而導航圖像仍認為距離為L，置入螺釘偏向頭側。本組2枚螺釘穿出椎弓根上壁，作者認為是由于椎體間相對漂移致使其距離相對縮短的緣故。全麻下肌松作用使得骨折脫位和不穩(wěn)定頸椎的活動度明顯增大。手錐擴開椎弓根時，在手錐自后向前推擠頸椎和向外側牽拉椎旁肌的共同作用下，使得頸椎前凸角度明顯增大，相應椎體后方結構之間的距離變短。參考架和靶椎之間實際距離近了，而根據(jù)導航圖像顯示的靶椎椎弓根位于實際靶椎椎弓根以遠，所以導航圖像顯示位于椎弓根內(nèi)的螺釘實際穿出了椎弓根的上壁。重新置入的螺釘在導航圖像中位于椎弓根下緣

17、，而實際位于椎弓根內(nèi)偏上壁。本組共3枚螺釘穿出椎弓根外側壁，認為是手錐在擴開椎弓根時使頸椎上下活動，出現(xiàn)椎體之間的相對漂移;參考架位置隨之改變，出現(xiàn)參考架所對應的三維空間之間的漂移。這表現(xiàn)在導航圖像中則是手錐和椎弓根之間定位不準(晃動)，一幅圖像手錐可能在椎弓根內(nèi)，而另一幅圖像手錐又可能在椎弓根外，沒有經(jīng)驗的術者往往會相信手錐在椎弓根內(nèi)的圖像而產(chǎn)生錯誤。另外術者試圖在椎弓根內(nèi)調(diào)整手錐時，而手錐進入椎弓根內(nèi)方向已經(jīng)固定，椎體沿手錐變化的方向發(fā)生漂移，雖然導航圖像上顯示手錐方向有變化，但手錐實際帶動椎體移動仍沿原方向前進.此時松開手可以顯示真實的手錐方向。此外，C3、4棘突細小使得參考架固定相對不

18、牢靠，2 mm手錐擴孔時可能彎曲也可導致漂移現(xiàn)象出現(xiàn)，進而出現(xiàn)導航偏差。提高導航輔助置入下頸椎椎弓根螺釘?shù)臏蚀_性就要盡量減小漂移。作者認為：俯臥體位時，Myfield頭頸手術架較GardnerWells骨牽引對頸椎的牽引固定效果更為有效。術中應牢固固定參考架并避免觸碰。為盡量避免椎體間相對漂移，可應用磨鉆和在導航輔助下于正中切口旁經(jīng)皮置入螺釘。要根據(jù)靜止的導航圖像做出判斷，確保矢狀面和橫斷面椎弓根內(nèi)同時見到手錐，并盡量位于椎弓根中央。手錐沿椎弓根壁緩慢鉆入盡量降低頸椎上下活動。計算機導航輔助下頸椎椎弓根螺釘內(nèi)固定因具有明顯的生物力學優(yōu)越性和明顯提高的置釘準確性，將有良好的臨床應用前景。掌握導航

19、技術要有一段學習曲線10，只有了解導航原理和手術本身特點才能明白產(chǎn)生誤差的原因，結合個人經(jīng)驗，充分發(fā)揮導航的優(yōu)越性。    【參考文獻】  1 徐 林，俞 興，鄭大濱，等.脊柱導航三維影像系統(tǒng)在椎弓根螺釘固定中的應用J.中國矯形外科雜志，2004，23-24：1895-1897.2 Kothe R,Ruther W,Schneider E,et al.Biomedical analysis of transpeticular screw fixation in the subaxial cervical spine J.Spine,2004,1

20、7:1869-1875.3 Richter M,Mattes T,Cakir B.Computerassisted posteroir instrumentation of the cervical and cervicothoracic spineJ.Eur Spine J,2004,13:50-594 Karaikovic EE,Yingsakmongkol W,Gaines RW Jr.Accuracy of cervical pedicle screw placement using the funnel techniqueJ.Spine,2001,22:2456-2462.5 Schep NW,van Walsum T,D