骨科導航技術在上頸椎手術的應用進展

禤天航 綜述，曹正霖，王 剛 審校

（佛山市中醫院骨科，廣東 佛山 528000）

骨科導航技術在上頸椎手術的應用進展

禤天航 綜述，曹正霖，王 剛 審校

（佛山市中醫院骨科，廣東 佛山 528000）

上頸椎手術往往因其復雜的解剖結構以及眾多的變異使得手術難度及風險加大，而且這些手術要求醫生對上頸椎的手術操作相當熟悉。而近年來骨科導航興起，使手術的定位及操作更加準確，手術風險大大降低。本文總結了導航技術在上頸椎領域的研究進展、成果以及對未來的展望。

上頸椎；寰樞椎；顱頸交界；導航技術

骨科導航技術是計算機發展所帶來的骨科技術的新變革。所謂的導航，簡而言之就是逆向工程原理，利用信號傳輸以及接收發射器的位置，通過計算機準確地計算出各位置點的有效位置數據，并虛擬出相關的手術角度及深度，使數據轉化成圖像以及動畫，可以讓醫生準確了解患者病變部位有無解剖變異并且分析模擬手術的可行性。現把目前骨科導航在上頸椎領域的研究及成果綜述如下：

1 目前的脊柱導航的分類

1.1 “C”或”G”型臂透視二維圖像導航 在手術當中通過X線獲得圖像并輸入計算機，然后由計算機引導下進行手術，好處是術中能即時更新，不需術前模擬，但是不能得到三維圖像，這項技術更多應用在腰椎及下胸椎。

1.2 術前CT三維導航 術前通過CT對手術段進行三維重建，制定手術方案，然后確定術中可分辨的標記點，術中通過動態參考系統進行匹配，成功匹配后進行置釘。這項技術在頸椎及上胸椎應用相對較多。

1.3 術中即時三維導航(ISO-C) 這一項技術通過術中C臂機對手術段進行三維重建，并把圖像傳回導航系統進行自動匹配，無需進行人工點、面照合，雖然圖像較CT圖像模糊，但可以克服CT三維導航術中因體位變化等人為因素對真實圖像的影響，并克服點選擇及人工選擇之間的誤差所帶來的匹配不成功。市面上這種導航越來越受到術者的青睞。

1.4 超聲、MRI、PET-CT導航 目前國內較少用于應用，因價格更加昂貴，在國外偶有報導，在脊柱領域多應用于腫瘤的切除。

2 導航下上頸椎手術研究進展及成果

2.1 上頸椎前路頸前路手術 導航已被用于各種脊柱手術，但其在上頸椎前路的使用及相關報道是較為有限的，其原因如下：(1)上頸前路手術相對后路手術更為直接；(2)上頸椎前路手術較后路置釘更為成熟；(3)前路手術注冊相對容易失敗，且更易產生圖像“漂移”誤差。但是頸前路手術使用導航還是很有必要的，特別是在齒狀突骨折時候選擇前路放置齒狀突螺釘及椎體腫瘤的切除時。齒狀突螺釘可對骨折線加壓起促進愈合作用，既能恢復寰樞椎的穩定性，也能保持寰樞椎的旋轉活動功能，但置釘時固定空間較小，周圍緊鄰頸髓和延髓，若再因齒狀突的先天性狹小缺損等變異無疑會加大大增加手術的風險。傳統的手術靠術中時X線透視置入導針，一旦導針位置偏差或錯誤，難以使固定牢靠，而且須保證一次置釘到位，因為退出后重新置釘可使螺釘松動甚至術后退出。術中即時三維導航技術用雙光束可顯示多方位影像，動態模擬進釘手術路線及位置，提高手術的準確性，避免了因導針位置錯誤重放置造成的骨不連等并發癥[1]。目前常用的ISO-C3D導航技術頸椎前路空心螺釘治療齒狀突骨折的適應證[2]主要有：(1)齒狀突橫向骨折：Ⅱ型、某些Ⅲ型如基底部橫型骨折(2)齒狀突不愈。陳孝均[3]報導了他們ISO-C 3D導航下頸前路空心螺釘治療齒狀突骨折的成果，20例單螺釘固定和7例雙螺釘固定均達到理想置釘位置，術后均骨折愈合，無并發癥的發生。Pirris等[4]在術中即時三維導航下進行頸椎前路手術，術中使用兩套系統，包括BrainLAB (BrainLAB，Westchester,Illinois)系統及Stealth系統(Medtronic Inc，Littleton,Massachusetts)，對22例病例(包括前路寰樞椎不穩行齒狀突螺釘固定等)進行切開、減壓、前路齒狀突螺釘置釘，術后導航置釘位置比非導航組位置好,術后無一病例需要翻修。而治療陳舊性齒狀突骨折往往因其不愈合率而不得不放棄前路而用后路融合方法，但賈宏磊[1]利用導航技術的精確性在使用前路齒狀突螺釘治療陳舊性骨折取得一定的效果，3例患者均得到骨性融合。他們得出經驗是在導航下置齒狀突螺釘，若骨折線為橫行、移位不大時可用l枚螺釘固定。但l枚螺釘難以維持穩定位置時，比如粉碎性骨折或游離骨折，需雙釘固定。而有鑒于前路注冊失敗率相對較高情況，張波等[5]探討使用ISO-C3D導航前路齒狀突螺釘手術時發現把導航示蹤器放在Mayfield頭架上，可有效避免了術中不小心的觸碰產生圖像的“漂移”誤差，提高注冊準確性。

2.2 上頸椎后路手術 上頸椎后路的安全置釘，一直是脊柱外科的一個難題，尤其是寰椎的置釘，一方面寰椎“椎弓根”較其他頸椎的小。另一方面，該部位時有變異以及缺如、椎動脈變異、“椎弓根”骨折或寰椎側塊骨折造成后路置釘難度加大。所以各界不斷尋求一種相對安全的后路置釘方式。目前比較常用的有Magerl寰樞椎經關節螺釘，其固定相對于Gallie、Brooks及Halifaxs椎板甲固定融合技術在生物力學上有更強的優勢，但在寰樞椎不能完全復位。鵝頸畸形或駝背、肥胖的情況下置入困難，影響固定強度。椎弓根螺釘系統和側塊螺釘系統有輕度移位的復位作用，Goel和Harms技術則采用寰樞側塊后方置釘和樞椎椎弓根釘棒技術，較Magerl技術更穩固，而且C1-2的關節面得以保留，但也易損傷神經及血管。Goel、HARMS技術均要切開靜脈叢，顯露側塊和頸2神經根，從而不可避免導致靜脈叢出血，有時候止血比較困難，Goe等[6]報道了2例患者因出血過多而不得不改變手術的方式，如行寰椎關節間加壓，對枕大神經產生刺激。與此同時，側塊螺釘與樞椎螺釘的間距更窄，安放橫連困難，穩定強度受到一定的限制。而考慮到“椎弓根”的生物力學優勢，經寰椎后弓螺釘逐步受到大家關注。C1后弓下方深部解剖結構可不必顯露，損傷率也可降低，而且椎弓根釘在橫連加壓時可起到復位的作用。這也是前述的方法難以具有的。寰椎椎弓根釘技術也是目前流行而有效的技術，但是難度相對也更大，且有學者認為椎動脈溝處寰椎后弓高度小于4 mm應考慮側塊螺釘技術[7]。所以，配合骨科導航技術下置釘，能把以上幾種術式的優勢安全地發揮出來，并加快手術時間、減少出血量及螺釘穿破皮質的概率。例如Uehara等[8]利用CT三維導航導航下Magerl技術治療寰樞椎不穩，螺釘穿孔率僅為2.6%，沒有神經癥狀，遠期隨訪沒有患者沒有產生不適，全部病例均能融合。Yang等[9]把24例寰樞椎不穩的患者隨機編入ISO-C三維導航導航組并與微創組并進行比較，兩組均使用寰椎側塊及樞椎椎弓根釘棒系統，導航組的平均手術時間為(130±5.4)min，平均出血量為(304.2±47.9)ml，遠低于微創組，術后6個月亦均取得骨性融合。而結合打印出來的3D導航模板來進行手術，則加大了手術安全性與準確性，王建華等[10]對3例齒狀突骨折并樞椎前脫位及1例齒狀突旋轉性脫位的患者在導航下行后路寰樞椎椎弓根釘棒固定術，他們將術前CT掃描寰樞椎薄層，將所得圖像輸入Mimics軟件三維建模型，再進行寰樞椎結構分析，設計好釘道，同時采用逆向工程技術設計相應導航模板，并將其打印出來設計以作術前術中參考，也取得了相當良好的效果。而兒童的寰椎后弓相對于成人而言更加狹小，置釘更具挑戰性。Attia等[11]利用O-型臂X線透視儀(O-arm)輔助脊柱導航在兒童的寰樞關節創傷性旋轉脫位進行置釘椎弓根置釘，效果亦相當不錯，7例病例中均無螺釘穿透皮質。臨床研究表明，透視下或解剖標志下置入上頸椎螺釘的骨皮質穿出率可達29%～47%[12-13]，盡管出現報道的神經、血管并發癥較少，但是通過骨科導航技術下置釘，這些意外往往能減少。

2.3 顱頸交界區手術 顱頸交界區的解剖結構復雜，而且還涉及眾多的生物力學問題，所以一直都是手術的難點，特別是腹側，有延髓、顱神經、椎動脈等重要結構，易于受壓。經口入路是一個較好的直接減壓選擇，但是這個入路方式危險性較大，故常配合導航可準確地進行手術操作。Vougioukas等[14]通過Stryker導航下經口入路幫3例患者摘除顱頸交界區的腫瘤及一個風濕性寰樞椎半脫位患者減壓置釘，他們術前模擬手術方法和手術路線，使手術范圍誤差小于1 cm。Temier等[15]報道了經口治療斜坡及寰樞椎病變，包括唐氏綜合征13例、先天性骨性畸形3例、斜坡腫瘤8例、他們應用Halo架上的固定環作為額外的注冊標志點，大大提高注冊準確度，結果顯示導航系統的準確性可滿足經口入路手術的需要。但是，臨床上有的患者即使前方壓迫解除，但由于關節失穩，仍可出現脫位導致加重，而且，先天性枕頸區畸形常伴有寰樞椎結構不完整，所以為了獲得良好的穩定性需要跨越多節段行枕頸內固定融合術，例如枕頸畸形，常可采用后路融合的方式以維持關節的穩定。Yu等[16]利用三維CT導航輔助下治療復雜的枕頸畸形也取得不錯的效果，置釘準確率達98.1%，較準精度可平均達到1.8 mm。Neo等[17]通過實驗對比得出結論：經驗不足的醫生在開展枕頸交界領域的手術時使用導航，手術精度更高，能更有效了解該區域的解剖變異，更好地掌握進釘深度，以保護相關組織，所以在導航技術下輔助顱頸交界區手術還是一個安全的選擇。

3 骨科導航在上頸椎領域的未來展望

骨科導航有眾多的優點，特別是在精確的定位以及減少醫護人員射線量的攝入等方面。Gebhard等[18]比較了脊柱手術中使用計算機導航輔助手術與常規透視手術的結果，發現Iso-C計算機導航輔助手術醫護人員的射線攝入量遠遠低于常規透視手術。但是其也存在一定的缺點，在使用CT導航技術情況下，由于體位的變化、椎板的咬除等人為因素，往往使手術的定位容易產生偏差，導致術前與術中的數據匹配出現偏差，使得數據需要重建，而且其追蹤系統常常容易受到干擾，強光的影響、血跡的遮擋都會對對其造成干擾[19]。李書綱等[20]報導的36例導航下行脊柱椎弓根螺釘固定術的患者中有9例未能行導航，其中7例因為三維注冊誤差＞1.5 mm而失敗，2例因為導航提示的進釘點與解剖標志明顯不符而失敗。與此同時，過高的儀器費用與相對較長的學習曲線也是阻礙這項技術發展的的重要因數[21]。因此，目前脊柱導航系統往往在某些大型醫院只作為一種準確的定位手術輔助工具，而不能代替經驗豐富的脊柱外科醫生。而展望未來，國際對導航的研究更注重于與微創技術及醫療3D打印技術、有限元技術、虛擬手術技術、機器人手術技術的有機結合，將會使上頸椎骨科導航技術向更加科技化、多元化方面發展。并且隨著科技的不斷進步，筆者相信這一項技術將會越來越成熟和完善，也相信更多更加先進的科技會運用在上頸椎外科等脊柱外科領域。

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Application of orthopaedic navigation technology in upper cervical spine surgery.

XUAN Tian-hang,CAO Zheng-lin,WANG Gang.Department of Orthopaedics,Foshan Hospital of TCM,Foshan 528000,Guangdong,CHINA

Because of complex anatomical structures and variation,upper cervical spine surgery seems to be so difficult and risky for doctors,which requires the doctors to be quite familiar with upper cervical operation.In the recent years,the development of orthopedic navigation greatly improves the accuracy of the surgery and reduces the risk of surgery.This paper summarizes the research progress,the achievements in the field of navigation technology in upper cervical spine,as well as the vision of the future.

Upper cervical spine;Atlantoaxial;Craniocervical junction;Navigation technology

R687.3

A

1003—6350（2015）08—1180—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.08.0421

2014-10-14)

曹正霖。E-mail：fstcmcaozhenglin@sohu.com