計算機導航與C臂透視下頸椎弓根置釘的實驗研究

吳登將　楊進順　陳為堅

[摘要]目的 對術中計算機導航與普通C臂透視輔助下頸椎弓根置釘精確性的對比實驗研究。方法 篩選出2013年6月～2016年6月我校解剖教研室提供的經甲醛浸泡過成人頸椎標本（C1～T1）16個，要求保留完整的后方、側方結構，CT掃描排除骨質疏松、椎弓根結構細小不能置釘的標本，隨機分為兩組。1組標本在普通C型臂X線機正側位透視下進行C2～C7實體置釘，另1組標本在術中計算機導航輔助下置入椎弓根螺釘。術后行CT掃描、三維重建頸椎椎弓根，評估置入螺釘的精確性。結果 普通C臂透視下置入螺釘96枚，優60枚（62.5%），可20枚（20.8%），差16枚（16.7%）；計算機導航輔助下置入螺釘96枚，優88枚（91.7%），可6枚（6.2%），差2枚（2.1%）。兩種置入頸椎螺釘方法的成功率比較（83.3% vs. 97.9%），差異有統計學意義（P<0.05）。結論 計算機導航法置釘較普通C臂透視下置釘準確性有明顯提高。

[關鍵詞]計算機導航；C臂透視；頸椎；椎弓根螺釘

[中圖分類號] R687.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2018）6（c）-0064-04

[Abstract]Objective To compare the accuracy of intraoperative computer navigation and ordinary C-arm fluoroscopy in the placement of lower cervical pedicle screws.Methods Altogether 16 formalin-soaked adult cervical specimens（C1-T1） that were provided by Teaching and Research Section of Anatomy in our school from June 2013 to June 2016 were selected.The integrity of the posterior and lateral structure was required to be retained.CT scan was used to exclude specimens with osteoporosis and small pedicle screw structure that were unable to perform screw placement.The specimens were randomly divided into two groups，among which a group of specimens were placed in the C2-C7 entity under the positive lateral fluoroscopy of the normal C-arm machine；and another group of specimens were inserted into the pedicle screw under the guidance of intraoperative computer navigation.The CT scan and 3D reconstruction of the vertebral pedicle were performed to evaluate the accuracy of the screw placement.Results Altogether 96 screws were implanted under the fluoroscopy of C-arm，among which 60 （62.5%） were excellent，20 （20.8%） were good，16 （16.7%） were bad.And 96 screws were implanted by using computer navigation，among which 88 （91.7%） were excellent，6 （6.2%） were good，2 （2.1%） were bad.The success rate of two kinds of cervical screw insertion methods was compared （83.3% vs. 97.9%），with statistically significant difference （P<0.05）.Conclusion Compared with the conventional C-arm fluoroscopy，the accuracy of screw placement by using computer navigation is obviously improved.

[Key words]Computer navigation；C-arm fluoroscopy；Cervical spine；Pedicle screw

頸椎后路椎弓根內固定具有優越的生物力學穩定性[1]，但因頸椎的解剖結構變異大，椎弓根細小復雜，毗鄰椎動脈和脊髓神經[2]，頸椎椎弓根置釘的難度和風險大大增加，螺釘穿破椎弓根皮質的概率較高[3]。近些年，計算機導航技術發展較快，已逐步應用于脊柱外科[4]。本研究比較了計算機導航輔助和C臂透視下置入頸椎椎弓根螺釘的可行性和精確性，為臨床尋找準確、安全的置釘技術提供了很好的參考，現報道如下。

1材料與方法

1.1標本篩選與分組

篩選出2013年6月～2016年6月我校解剖教研室提供的經甲醛浸泡過成人頸椎標本（C1～T1）16具，要求保留完整的后方、側方結構，CT掃描排除骨質疏松、椎弓根結構細小不能置釘的標本。隨機分組：甲組8具，在C臂正側位透視下置釘；乙組8具，在術中計算機實時三維導航下置釘。

1.2方法

頸椎標本牢固固定，采用頸椎后入路正中切口，充分暴露椎體，分別置入C2～C7兩側椎弓根螺釘，椎弓根螺釘直徑3.0 mm、長度18～22 mm。兩組標本置釘操作由熟練掌握椎弓根置釘技術同一實驗者完成。

甲組（C臂透視法）操作方法：所采用的CT是東芝公司生產的64排高速螺旋CT。術前行標本螺旋CT薄層掃描及三維重建，根據測量結果確定椎弓根螺釘進針點、進針方向和螺釘的直徑長度，然后在C臂正側位透視下置入頸椎椎弓根螺釘，分別于開始置釘、置釘至10 mm和置入到預定位置時各行一次透視確認。乙組（計算機導航法）操作方法：所用設備是術中實時三維導航系統（西門子SIEMENS ARCADIS Orbic 3D、美敦力Medtronic StealthStation Tria plus導航等），其原理類似于衛星定位技術。術前常規連接影像系統與導航系統，固定頸椎標本牢靠、無晃動，根據置釘節段，充分剝離周圍組織顯露棘突、椎板至兩側關節突外緣，在臨近棘突上安裝導航參考架，調整C臂X線機位置并行190°掃描，通過掃描所得的骨性解剖數據傳送至工作處理站，重建出三位導航影像（橫斷面、矢斷面、冠狀面），調整位置傳感器，注冊示蹤器并校準智能工具，導航系統自動測算精確度。如果精確度滿意，則選取最佳的進釘通道，在導航屏幕實時影像指引下用帶有開口鉆的示蹤器鉆探椎弓根并探測其位置、深度，攻絲、置入椎弓根螺釘（圖1～圖3）。

1.3術后判斷標準

實驗操作完成后對所有標本行螺旋CT掃描，并將頸椎逐節段解剖分離，觀察評判椎弓根螺釘置入的精確性。按照螺釘與椎弓根狹窄部皮質的相對位置及穿透程度分為3類[5]。①1類：螺釘完全位于椎弓根皮質內、未有任何突破，為優。②2類：螺紋穿出椎弓根皮質但不超過2 mm，無周圍神經、血管等組織損傷，為可。③3類：螺紋明顯穿出椎弓根皮質且超過2 mm，周圍神經、血管等組織有損傷，發生了臨床并發癥，為差。其中優和可均為成功，差為失敗。

1.4統計學方法

采用SPSS 21.0 統計軟件對數據進行處理、分析，應用四格表資料的連續性校正檢驗，得出椎弓根置入螺釘精確率，以P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

甲組（C臂透視法）成功率為83.3%，失敗率為16.7%，其中失敗的16枚螺釘中12枚向外側穿出，4枚向內側穿出，C3節段有6枚，C4節段8枚，C6節段2枚。乙組（計算機導航法）成功率為97.9%，失敗率2.1%，其中失敗的2枚向外側穿出，在C3節段，且發生于前兩具標本。對兩種方法的數據進行處理和分析，其成功率比較（83.3% vs. 97.9%），差異有統計學意義（χ2=8.82，P<0.05）（表1）。即相對于傳統C臂透視，頸椎弓根置釘精確率在實時術中三維影像導航下有明顯提高。

3討論

解剖研究和臨床應用中發現頸椎椎弓根是脊柱的堅強骨結構，經后路椎弓根內固定具有可靠的生物力學穩定性，具有強有力的抗拔出、抗扭轉及抗伸展等，優于頸椎側塊螺釘-板系統等固定技術[6-7]。毋庸置疑，頸椎后入路椎弓根螺釘內固定在實際臨床應用中有廣闊的前景。然而，由于頸椎的解剖結構變異大，椎弓根細小復雜，毗鄰椎動脈和脊髓神經，使頸椎椎弓根置釘的難度大大增加，螺釘穿破椎弓根皮質的概率較高，損傷血管、神經的風險增大，嚴重時危及生命[8-9]。毫無疑問，如何在手術中提高椎弓根置釘準確性成為頸椎內固定術成功的重中之重。目前國內外概括起來主要有兩種頸椎椎弓根置釘的方法，分別是傳統C臂透視下徒手置釘和計算機導航輔助下置釘。

傳統徒手置釘法是術前通過CT掃描頸椎標本，得到椎體解剖數據，根據CT橫斷面、矢狀面及冠狀面，確定大概螺釘進釘點和方向，術中在C臂正側位透視輔助下徒手置入頸椎弓根螺釘。此方法優勢在于工具簡單、在一般醫院都能推廣，不足是有一定盲目性，對手術者的經驗、手感要求很高，出現并發癥的機會也較多。本組實驗中也發現許多問題，在此提出一起探討：①雖然術前三維重建、術中C臂正側位透視下置釘法也能量化各項椎體解剖指標，但椎弓根螺釘穿出皮質的風險仍較高，其中原因很多，如頸椎解剖、C型臂X機及手術者經驗等。還有本實驗為了反映置釘方法本身的真實結果，未像臨床中使用椎弓根探子修改通道。②本實驗結果顯示，C3、C4椎體發生較多椎弓根螺釘穿破皮質，其中C3有6枚，C4有8枚。據關文獻報道[10-11]，在C3、C4兩個節段置后路椎弓根螺釘要特別小心，C3、C4椎體的椎弓根相對其他椎體更加細小。③實驗還顯示，椎弓根螺釘穿出外側皮質的數量明顯多于內側皮質，其中16枚穿破螺釘中外側有12枚，內側4枚。相關研究報道也指出頸椎椎弓根螺釘置入角度要求偏內側，這樣會更安全，內側壁比外側壁更厚，厚度大約是外側壁的1.4～3.6倍[12]。④本實驗采用的是頸椎標本，標本后側軟組織充分顯露，雖然這樣方便實驗置釘，但臨床應用中顯露、止血卻是個值得注意的難題。

術中實時三維導航輔助下頸椎弓根螺釘內固定是近年來發展起來的一項新技術[13-14]。導航C型型臂X線機術中掃描頸椎標本，通過掃描所得的骨性解剖數據傳送至工作處理站，重建出三位導航影像（橫斷面、矢斷面、冠狀面），自動校準智能工具和注冊示蹤器，在導航屏幕上實時動態顯示出椎弓根螺釘的最佳通道，確定置入螺釘的最佳直徑、長度，手術操作非常形象、直觀，三維導航還可以根據術中情況隨意更改手術方案，準確置入頸椎椎弓根螺釘。計算機導航在臨床應用中有其優勢，也存在著不足之處。其優勢有：①術中實時三維圖像引導下，手術操作變得形象、直觀，提高了螺釘置入的準確性，減少了手術并發癥。本實驗結果顯示，導航組的置釘準確率明顯高于個體化組。②降低了放射X線對醫護人員的危害，三維導航術中僅需進行一次性圖像掃描，無須傳統C臂反復的正側位透視。其存在的缺點有：①術中導航不足之處主要是“漂移問題”，如術中患者體位發生明顯變動、相對移位時，則所重建的虛擬三維圖像無法真實反映原有的解剖關系，以致對術者產生誤導[15]。因此，在術前患者應固定牢靠，術中操作要輕柔。②術中應避免使用手術燈等紅外線設備，否則會影響三維定位系統正常工作。③導航設備昂貴，一般醫院很難普及。

綜上所述，脊柱外科醫生需熟悉導航系統的原理和操作，并具備了一定的手術經驗，這樣計算機導航將發揮出無可比擬的優越性。

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（收稿日期：2017-08-18 本文編輯：崔建中）