寰樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定通道的數(shù)字化定位

寰樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定通道的數(shù)字化定位

空腔內(nèi)固定脊柱弓根螺釘具有明顯的生物力學(xué)優(yōu)越性。然而，由于空腔結(jié)構(gòu)的巨大差異和椎弓根結(jié)構(gòu)的微妙性，現(xiàn)有的操作方法不正確，導(dǎo)致椎弓根螺釘?shù)臐B透性很高，鄰近神經(jīng)血管損傷的風(fēng)險(xiǎn)也很高，尤其是椎動(dòng)脈和脊柱神經(jīng)損傷。如何確保椎弓根螺釘?shù)臏?zhǔn)確置入仍需進(jìn)一步研究。盡管對(duì)寰椎椎弓根的研究已經(jīng)獲得了許多重要的科學(xué)數(shù)據(jù)[3~5],但有關(guān)其內(nèi)部的三維空間通道特征的數(shù)字化研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究采用現(xiàn)代影像學(xué)方法、計(jì)算機(jī)三維重建及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù),對(duì)寰椎椎弓根內(nèi)固定通道進(jìn)行數(shù)字化定位定量分析與設(shè)計(jì),旨在應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)字信息技術(shù)探討在矢狀面角(SSA)不變而不同水平面角(TSA)方向寰椎椎弓根進(jìn)釘通道的變化規(guī)律。1數(shù)據(jù)和方法1.1男、女?dāng)?shù)據(jù)集,性別分布數(shù)據(jù)來(lái)源于20例已獲知情同意檢查的健康成人寰椎CT連續(xù)掃描數(shù)據(jù)集,男12例,女8例;年齡24~68歲,平均45歲。應(yīng)用飛利浦MX80004PET螺旋CT,掃描條件:電壓120kv,電流150mA,層厚0.6mm,512×512矩陣。1.2應(yīng)當(dāng)確定的區(qū)外邊界面將CT連續(xù)斷層掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics10.01軟件,三維重建寰椎數(shù)字解剖模型,然后將重建的結(jié)果以.stl格式保存。再將寰椎模型導(dǎo)入U(xiǎn)GImageware12.0,以0°水平面(經(jīng)寰椎前后結(jié)節(jié)的水平面)和0°矢狀面(0°水平面的正交矢狀面)作為參考平面,確定椎弓根位置,獲取椎弓根表面輪廓。確定寰椎椎弓根在0°SSA下不同TSA方向(0°~30°,均勻間隔5°)的投影平面,確定寰椎不同TSA方向椎弓根通道正投影和各方向投影區(qū)的內(nèi)邊界線,再確定各內(nèi)邊界線的最大內(nèi)切圓及其圓心(圖1)。測(cè)定20例寰椎左右側(cè)共280個(gè)寰椎椎弓根進(jìn)釘通道的長(zhǎng)度(ab的長(zhǎng)度,其中a為通道中軸線與前弓前壁的交點(diǎn),b為通道中軸線與后弓后壁的交點(diǎn))和最大內(nèi)切圓半徑(bc的長(zhǎng)度,其中c為b點(diǎn)所在通道平面內(nèi)切圓外邊界上任一點(diǎn)界)(圖2)。在虛擬化平臺(tái)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行寰椎椎弓根模擬置釘。應(yīng)用SPSS13.0軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,同一進(jìn)釘角度左右側(cè)的比較采用t檢驗(yàn),同側(cè)不同進(jìn)釘角度的比較采用重復(fù)測(cè)量方差分析,P<0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2進(jìn)釘角度與內(nèi)切圓半徑在SSA為0°時(shí)左右椎弓根TSA分別從0°~30°,均勻間隔5°,共計(jì)280個(gè)寰椎椎弓根進(jìn)釘通道的長(zhǎng)度為20.54~33.21mm,其中有11個(gè)通道長(zhǎng)度小于最短椎弓根螺釘長(zhǎng)度(<22mm);TSA為0°進(jìn)釘時(shí)左右通道長(zhǎng)度均最大,左右側(cè)比較無(wú)顯著性差異(P>0.05),5°~30°進(jìn)釘時(shí)同一進(jìn)釘角度左右側(cè)比較有顯著性差異(P<0.05),同側(cè)不同進(jìn)釘角度比較無(wú)顯著性差異(P>0.05,表1)。280個(gè)寰椎椎弓根螺釘通道的內(nèi)切圓半徑為1.38~2.51mm,其中有42個(gè)內(nèi)切圓半徑小于最小椎弓根螺釘半徑(<1.75mm);同一進(jìn)釘角度右側(cè)內(nèi)切圓半徑與左側(cè)比較及同側(cè)不同進(jìn)釘角度比較均無(wú)顯著性差異(P>0.05,表2)。應(yīng)用數(shù)字技術(shù)在虛擬化平臺(tái)進(jìn)行寰椎椎弓根模擬置釘,能直觀地了解螺釘在椎弓根內(nèi)的位置情況(圖3a~d)。3維x射線檢測(cè)的應(yīng)用椎弓根內(nèi)固定技術(shù)在腰椎開(kāi)展較早,也較為成熟安全,而在寰椎的應(yīng)用比較晚,主要是寰椎毗鄰關(guān)系復(fù)雜[6、7],其手術(shù)的危險(xiǎn)性及置釘難度大,致使該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)展緩慢。近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者將該技術(shù)成功應(yīng)用于寰椎[3~5],相關(guān)研究也越來(lái)越多,從內(nèi)固定方法要求上基本一致,定點(diǎn)、定向與定深,相關(guān)基礎(chǔ)與臨床應(yīng)用研究較多,但寰椎與其他椎體從形態(tài)結(jié)構(gòu)與所處位置存在許多不同,研究的重點(diǎn)與結(jié)果也有許多差別。由于寰椎椎弓根形態(tài)學(xué)變異較大,因此任何一個(gè)形態(tài)學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)在寰椎椎弓根臨床實(shí)際置釘時(shí)只能作為參考,而不能用于具體的置釘操作。每例手術(shù)均應(yīng)根據(jù)每個(gè)寰椎椎弓根的實(shí)際測(cè)量結(jié)果來(lái)置釘才能提高手術(shù)的成功率。實(shí)際應(yīng)用中更加強(qiáng)調(diào)個(gè)體自身的具體情況,不同個(gè)體的寰椎椎弓根螺釘?shù)倪M(jìn)釘方向存在較大的差異。形態(tài)結(jié)構(gòu)的大體觀測(cè)難以確定不同個(gè)體椎弓根內(nèi)固定所經(jīng)通道的變化特點(diǎn),軸位透視大多是從正側(cè)位和一個(gè)斜位方向獲取其二維圖像,要反映不同方向的三維變化情況在實(shí)際工作中非常困難。在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境下利用CT連續(xù)斷層掃描所獲得的二維圖像進(jìn)行三維重建,從解剖學(xué)結(jié)構(gòu)上還原目標(biāo)結(jié)構(gòu)的特征,然后應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)數(shù)字模型進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)可視化定位定量分析能夠解決這個(gè)問(wèn)題。在本研究中三維重建寰椎表面輪廓模型,切取椎弓根輪廓,應(yīng)用正投影方法確定SSA不變時(shí)在不同TSA方向椎弓根內(nèi)部三維空間的最大投影邊界,從而定量分析該邊界的大小,由此來(lái)確定椎弓根不同方向的最大三維空間通道。對(duì)于某個(gè)具體的方向來(lái)說(shuō),正投影是唯一的,那么該方向的通道大小與位置也是確定的,這樣就可以把復(fù)雜而不規(guī)則的椎骨結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化和具體化。在投影通道邊界確定后,很容易就可以定位邊界的最大內(nèi)切圓(圖1),該內(nèi)切圓的位置即最大螺釘所在位置,獲取內(nèi)切圓的半徑值及其圓心位置,即可以定量分析選擇多大直徑的螺釘和確定螺釘?shù)淖罴堰M(jìn)釘點(diǎn),也可以分析該方向螺釘通道的長(zhǎng)度和一定直徑大小螺釘(小于最大螺釘直徑)的進(jìn)釘最大安全區(qū)。本研究通過(guò)對(duì)0°SSA下不同TSA方向寰椎椎弓根通道的定量分析,得到寰椎椎弓根通道長(zhǎng)度和內(nèi)切圓大小的變化規(guī)律。在0°SSA下左右椎弓根TSA分別從0°~30°,均勻間隔5°,280個(gè)寰椎椎弓根進(jìn)釘通道的長(zhǎng)度在20.54~33.21mm,TSA0°進(jìn)釘時(shí)左右通道長(zhǎng)度均最大但左右側(cè)比較無(wú)顯著性差異,5°~30°進(jìn)釘時(shí)左右兩側(cè)差異有顯著性(P<0.05),置釘時(shí)需注意左右兩側(cè)的差異性,同側(cè)不同進(jìn)釘角度間差異無(wú)顯著性(P>0.05),280個(gè)寰椎椎弓根螺釘通道中有11個(gè)通道長(zhǎng)度小于最短椎弓根螺釘長(zhǎng)度(<22mm),在小于最短椎弓根螺釘長(zhǎng)度的椎弓根置釘有損傷側(cè)塊前方的舌下神經(jīng)的危險(xiǎn)。280個(gè)寰椎椎弓根進(jìn)釘通道的內(nèi)切圓半徑在1.38~2.51mm,同一進(jìn)釘角度右側(cè)內(nèi)切圓半徑與左側(cè)比較及同側(cè)不同進(jìn)釘角度比較差異均無(wú)顯著性(P>0.05),280個(gè)寰椎椎弓根螺釘通道中有42個(gè)內(nèi)切圓半徑小于最短椎弓根螺釘半徑(<1.75mm),在小于最小椎弓根螺釘半徑的椎弓根置釘會(huì)穿破椎弓根的皮質(zhì)骨,有損傷脊髓和椎動(dòng)脈的風(fēng)險(xiǎn)。利用不同TSA方向寰椎椎弓根通道長(zhǎng)度和內(nèi)切圓半徑的不同,在虛擬化平臺(tái)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行寰椎椎弓根模擬置釘,可以從寰椎三維整體上清楚地觀察和