计算机导航系统在椎弓根螺钉固定中的应用

【摘要】 目的 对计算机导航三维影像系统在脊柱椎弓根螺钉固定术中的应用效果进行评价。方法 17 例患者采用计算机导航三维影像系统行椎弓根螺钉固定术，并采用术中三维影像系统评估螺钉位置的精确性，术后应用CT做椎弓根扫描，分析椎弓根钉位置的优良率。结果 螺钉位置优良率高，无误植和近期并发症发生。结论 计算机导航三维影像系统使椎弓根螺钉固定手术更精确、，为脊柱手术精确化、微创化提供了可靠的保证。

【关键词】 导航；脊柱；椎弓根


计算机技术、虚拟现实技术、医学影像技术、图像处理技术及机器人外科技术与外科手术技术相结合，产生了计算机辅助外科技术。计算机辅助外科技术是基于计算机对大量数据信息的高速处理及控制能力，通过虚拟手术环境为外科医生从技术上提供帮助，使手术、更准确的一门新技术。20世纪90年代Steinmann等［1］将这一技术用于脊柱外科。临床实践已证实脊柱导航系统可以明显改进椎弓根螺钉植入的精确性和安全性。自2003年本院引进计算机手术导航系统和技术(Software REF 6004640000)，2006年应用于脊柱外科以来，截至2007年4月，共17 例应用计算机导航三维影像系统辅助椎弓根螺钉固定并取得良好效果，现将初步应用结果报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本组17 例患者采用计算机导航三维影像系统行椎弓根螺钉固定术，螺钉68枚，男15 例，女2 例；年龄37～64 岁，平均47 岁。疾病类型：胸椎爆裂骨折2 例，腰椎爆裂骨折9 例，L3～4椎体滑脱伴峡部骨折2 例，多节段椎管狭窄伴不稳定2 例，胸腰椎体压缩骨折2 例。

1.2 手术过程 导航红外线相机置于手术台头端，工作站置于术者对面，术前将计算机导航三维影像系统与C型臂X线机连接，并调至工作状态，手术床与体位垫均能透过X线。手术采用传统后正中入路显露椎体后路结构，将动态参考架固定于需椎弓根螺钉固定节段的上一椎体棘突根部，随后采用装有校准靶的C型臂，自动等中心旋转190°收集手术区域三维影像资料(采集256帧二维影像图片，经计算机处理重建三维影像图像，2 min)采集完毕后将影像资料传输至计算机导航三维影像系统工作站。导航检测仪上显示手术区域的模拟三维影像，医生在此基础上，可以详细研究手术部位的解剖，制定手术方案，并确定每个椎弓根螺钉的理想植入轨迹、长度和直径(见图1～2)。随后可用携带示踪器的椎弓根开路器从预置的入钉点开道，并在导航瞬时跟踪、预设路径的引导下直至预定椎弓根深度，注意一直要与预设的路径吻合。拔出开道工具，根据路径选择合适长度椎弓根钉，在导航引导下，按路径将椎弓根螺钉植入预设位置。经C型臂确认椎弓根螺钉植入无误后，安置连接杆，旋紧、复位、冲洗、逐层缝合切口。

2 结 果

所有患者均作固定椎体椎弓根层面CT扫描，按二级分类，椎弓根骨皮质完整，椎弓根螺钉在椎弓根内，固定深度过椎体2/3但未穿透前缘者为优；椎弓根螺钉螺纹突破椎弓根皮质或者椎弓根皮质破裂者为差。本组优67枚，差1枚，优良率98.5％。全部椎弓根螺钉经三维影像系统评估后位置均不需要进一步调整，全部螺钉术后半年内均未出现并发症。
3 讨 论

自1959年Boncher采用长螺钉经椎板、椎弓根达椎体固定腰骶关节取得成功以来，经椎弓根脊柱内固定技术已在世界范围内广泛应用。椎弓根螺钉可以固定到脊柱的前中后三柱，固定了椎间盘和两侧关节突关节三个活动部分，通过短节段内固定装置上的椎弓根钉与纵向连接杆(板)之间的撑开、加压作用，提供三维矫正和坚强的内固定，恢复脊柱的正常排列，同时大程度地保留了脊柱的活动节段，这是其他任何非椎弓根固定技术所不能达到的。但由于脊柱的解剖复杂，错误的进针可能导致严重的并发症，如：椎弓根皮质破裂或者穿透、脊髓及神经损伤、深部感染、大血管损伤、硬膜撕裂及脑脊液漏等。RoyCamille等［2］注意到56个病人共375枚螺钉中有10％的螺钉穿出椎弓根骨质，这些均降低了固定效果。Louis［3］报道401病人中有6 例出现了单神经损害，去掉螺钉后恢复。有作者报道了8 例经各种椎弓根内固定术后1～2个月出现了神经症状，推测可能由于螺钉偏离中心所致。国内殷渠东等［4］认为，椎弓根螺钉的位置和手术效果密切相关，可以说椎弓根螺钉的放置直接决定手术的成败。尽管随着医生经验的积累，植钉正确率会得到提高，但对于上胸椎或者有畸形变异的病例其失败率仍占很高比例，并且拔钉后再安装其固定作用将明显降低。因此，一次性精确植入椎弓根螺钉是手术成功的重要保证。计算机导航三维影像系统则可将患者术前或者术中的影像数据和手术中患者的解剖结构准确对应，术中跟踪手术器械，并将手术器械的位置在影像上以虚拟探针的形式实时显示，使医生对手术器械与病人解剖结构的位置关系一目了然，从而使手术更加精确和安全。

计算机导航三维影像系统与传统X线透视法相比，具有很多传统X线透视法不能比拟的优点：a)传统C型臂X线机定位需不断变换角度、方向，反复的进行X线照射来保证内植物的准确性。这种方法一次只能获取单平面视图，且经常使手术过程中断，对病人和术者也存在辐射危险。而导航系统仅需术前一次性采集术区三维图像资料，即可存储于计算机内部实行术中三维角度模拟，这大大的减少了患者和术者的X线辐射；b)导航系统所具有的红外线跟踪功能使复杂的脊柱外科手术变得简单，通过导航仪可以瞬时显示术者手中工具的位置，使内植物按照所建立的手术路径精确制导，大大降低了手术的失误率；c)导航仪提供了可以从存储于计算机上的三维影像资料上模拟测量钉道长度、角度及椎弓根直径的功能，便于选择佳长度与直径的椎弓根钉。使椎弓根螺钉手术更精确、简便、快速、安全，减少了术后并发症的发生。但是，任何精美的仪器都不可能消除误差，导航仪也并非，不能完全代替经验丰富、技术精湛的外科医生的操作。椎弓根螺钉植入过程中，导航系统确定的手术方案和椎弓根螺钉的轨迹都是根据术前X线影像系统采集的资料确定的，不能检测及避免术中因各种原因造成的脊柱移位和变形产生的误差，还需在术后进行透视复查，以验证手术的准确性。从这一点来说，我们手术过程中还不能将C型臂完全从手术区域推离，因而目前计算机导航系统只是作为一种精确定位的辅助工具，是对手术医生临床经验和脊柱解剖结构知识的补充。

计算机辅助导航系统在脊柱外科中的应用还在进一步积累中。计算机辅助导航系统对现代脊柱外科医生具有深远影响，为骨科医生提供了强有力的工具和方法。在提高手术定位精度、减少手术损伤、实施复杂骨科技术、提高手术成功率等方面有卓越的表现。虽然应用时间较短，但应用日益广泛。相信随着研究和临床探索的进一步前进，计算机导航系统必将有更加广阔的应用前景。

【参考文献】
［1］Steinmann JC，Herkowitz HN，eiKommons H，et al.Spinal pedide fixation：Confinmation of an imangeba[x]sed technique for screw placement［J］.Spine，1993，18(13)：18561861.

［2］RoyCamille R，Saillant G，Mazel C.Internal fixation of the lumber spine with pedicle screw plating［J］.Clin Orthop Relat Res，1986，(203)：717.

［3］Louis R.Fusion of the lumber and sacral spine by internal fixation with screw plates［J］.Clin Orthop Relat Res，1986，(203)：1833.

［4］殷渠东，郑祖根，董启榕，等.椎弓根螺钉位置与手术效果的关系［J］.中国矫形外科杂志，2000，7(4)：408409.