術(shù)中CT導(dǎo)航技術(shù)在脊柱畸形手術(shù)中的應(yīng)用

吳 兵，董天祥，張永剛，肖嵩華

解放軍總醫(yī)院 骨科，北京 100853

術(shù)中CT導(dǎo)航技術(shù)在脊柱畸形手術(shù)中的應(yīng)用

吳 兵，董天祥，張永剛，肖嵩華

解放軍總醫(yī)院 骨科，北京 100853

目的評價(jià)CT導(dǎo)航系統(tǒng)在脊柱畸形矯正手術(shù)中椎弓根螺釘置入的應(yīng)用效果和技術(shù)優(yōu)勢。方法回顧性分析解放軍總醫(yī)院2010年1月- 2014年1月利用導(dǎo)航技術(shù)行手術(shù)治療的脊柱畸形患者60例，其中男27例，女33例，平均年齡18.4(11 ～ 38)歲。通過西門子術(shù)中滑軌40排CT掃描后將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送給配備的Brainlab導(dǎo)航系統(tǒng)，輔助術(shù)者完成椎弓根釘置入。結(jié)果60例共置入椎弓根釘650根，胸椎570根(21根進(jìn)行了修正)，腰椎80根(無修正)。總置釘準(zhǔn)確率98.14%，胸椎97.89%，腰椎100%。結(jié)論術(shù)中CT導(dǎo)航系統(tǒng)可以從各個(gè)角度實(shí)時(shí)顯示準(zhǔn)備置釘?shù)淖倒螒B(tài)以及椎弓根釘前方組織，也可通過立體成像模塊清晰顯示進(jìn)釘點(diǎn)與進(jìn)釘角度，降低置入椎弓根螺釘時(shí)對椎弓根各壁的破壞概率和術(shù)中脊髓損傷的發(fā)生率，具有良好的應(yīng)用前景。

術(shù)中CT；導(dǎo)航；脊柱畸形；椎弓根釘置入

脊柱畸形影響患者外觀，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致脊髓功能障礙，甚至截癱；因此，脊柱矯形對改善畸形及神經(jīng)癥狀具有重要作用[1]。椎弓根釘棒系統(tǒng)具有強(qiáng)大的三維矯形能力，廣泛應(yīng)用于脊柱外科的各個(gè)領(lǐng)域[1-2]。矯形效果與椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確程度密切相關(guān)，但畸形導(dǎo)致的椎體形態(tài)及位置的變化增加了置釘難度[3]。隨著計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)的飛速進(jìn)步，出現(xiàn)了“影像導(dǎo)航手術(shù)”這一嶄新的領(lǐng)域。我院引進(jìn)國內(nèi)首臺術(shù)中CT導(dǎo)航系統(tǒng)(Siemens術(shù)中滑軌式螺旋CT配備Brainlab VVSky導(dǎo)航技術(shù)，德國)，并在脊柱畸形手術(shù)中得到應(yīng)用。本文旨在探討CT導(dǎo)航系統(tǒng)在椎弓根螺釘置入時(shí)的應(yīng)用價(jià)值。

資料和方法

1 病例資料 選取我科2010年1月- 2014年1月收治的行脊柱矯形患者60例，均有不同程度的冠狀面、矢狀面、橫斷面的三維畸形；其中男性27例，女性33例，平均年齡18.4(11 ～ 38)歲。

2 導(dǎo)航前準(zhǔn)備 患者置于JUPITER系列360°轉(zhuǎn)運(yùn)全電動(dòng)全碳纖維透視手術(shù)床，均在氣管插管全麻下手術(shù)。取脊柱后正中切口，切開皮膚、皮下組織，顯露棘突，骨膜下兩側(cè)剝離椎旁肌。顯露范圍包括上、下固定融合椎在內(nèi)的融合節(jié)段椎體后部結(jié)構(gòu)，應(yīng)用專用脊柱導(dǎo)航夾固定棘突。

3 導(dǎo)航系統(tǒng)操作 1)CT及導(dǎo)航設(shè)備準(zhǔn)備：安裝導(dǎo)航器械，將紅外導(dǎo)航球固定于導(dǎo)航器械上，術(shù)者將導(dǎo)航參考架固定于已經(jīng)顯露的手術(shù)區(qū)域內(nèi)任一棘突上，最終確保導(dǎo)航參考架與患者之間相對位置保持不變。2)掃描：行全脊柱掃描，為減少照射劑量，設(shè)置成年人參數(shù)：100 kV，190 mAs，層厚10 mm，重建層厚1.5 mm，矩陣24 mm×1.2 mm，Pitch 0.9，Kernel B20S，Window Osteo，CTDIvol 10.1 mGy。未成年人參數(shù)：80 kV，120 mAs，層厚10 mm，重建層厚1.5 mm，矩陣24 mm×1.2 mm，Pitch 1.3，Kernel B20S，Window Osteo，CTDIvol 4.3 mGy。3)數(shù)據(jù)傳輸：將數(shù)據(jù)傳輸至導(dǎo)航系統(tǒng)，由導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)病人手術(shù)體位、導(dǎo)航系統(tǒng)紅外檢測器、iCT空間位置監(jiān)測點(diǎn)、固定于患者棘突上的導(dǎo)航參考架等的空間位置關(guān)系把原始數(shù)據(jù)重組，經(jīng)計(jì)算機(jī)D/A轉(zhuǎn)換和三維成像后，在顯示器上顯示出冠狀位、失狀位、橫斷位圖像。4)導(dǎo)航：導(dǎo)航開始前要確定導(dǎo)航準(zhǔn)確性，術(shù)者將導(dǎo)航探針置于顯露的任一脊柱結(jié)構(gòu)上，觀察導(dǎo)航圖像顯示的結(jié)構(gòu)是否與探針?biāo)c(diǎn)結(jié)構(gòu)相同，如相同可進(jìn)入下一步(此步驟為驗(yàn)證必須步驟，計(jì)算機(jī)默認(rèn)必須完成此步才能進(jìn)入下一步，在以往手術(shù)中兩者相同率達(dá)到100%)。將常規(guī)導(dǎo)航手術(shù)器械尖錐、開路錐通過紅外導(dǎo)航攝像機(jī)和紅外導(dǎo)航球進(jìn)行注冊匹配。術(shù)者將手術(shù)器械尖部置于椎弓根后緣皮質(zhì)上，在導(dǎo)航影像上清晰準(zhǔn)確地顯示進(jìn)釘點(diǎn)、進(jìn)釘方向、深度和所選用的內(nèi)置釘長度和直徑；同時(shí)在導(dǎo)航計(jì)劃模塊中，可以預(yù)先設(shè)置模擬螺釘?shù)拈L度和直徑，使得術(shù)者更加直觀了解進(jìn)釘情況以及螺釘與椎弓根內(nèi)外側(cè)壁和上下側(cè)壁的位置關(guān)系，以便選擇最佳路徑置釘。在基礎(chǔ)導(dǎo)航模塊中，可清晰顯示手術(shù)器械尖部前方1 mm、5 mm、10 mm、15 mm處的組織結(jié)構(gòu)。5)CT掃描驗(yàn)證：在導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)下完成置釘后，以同樣的掃描條件進(jìn)行掃描，得到患者術(shù)后CT數(shù)據(jù)，并可對導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)下置釘?shù)臏?zhǔn)確性進(jìn)行評估。見圖1。

圖 1 CT影像重建后的導(dǎo)航路徑A： 橫斷面； B：矢狀面； C： 三維立體效果圖； D： 進(jìn)針點(diǎn)前方0 cm、 0.5 cm、 1.0 cm、 1.5 cm的組織結(jié)構(gòu)Fig. 1 Navigation path after CT image reconstructionA: transverse section; B: sagittal plane; C: image of 3D restruction; D: structure front of entry point at 0 cm, 0.5 cm, 1.0 cm, 1.5 cm

4 椎弓根螺釘位置評估 采用Modi等[4]方法評價(jià)螺釘位置：0級：未突破椎弓根內(nèi)外側(cè)皮質(zhì)(完全在椎弓根皮質(zhì)內(nèi))；1級：突破椎弓根內(nèi)外側(cè)皮質(zhì)＜2.0 mm；2級：突破椎弓根內(nèi)外側(cè)皮質(zhì)2.1 ～ 4.0 mm；3級：突破椎弓根內(nèi)外側(cè)皮質(zhì)4.1 ～ 6.0 mm；4級：突破椎弓根內(nèi)外側(cè)皮質(zhì)＞6.0 mm。突破椎體前方皮質(zhì)分級方法同上。0級的螺釘屬于準(zhǔn)確置釘；椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)及椎體前方皮質(zhì)分級≤1級和椎弓根外側(cè)皮質(zhì)≤2級為安全置釘；椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)及椎體前方皮質(zhì)分級＞1級和椎弓根外側(cè)皮質(zhì)＞2級為潛在危險(xiǎn)置釘。

結(jié) 果

術(shù)中CT導(dǎo)航系統(tǒng)輔助下，60例患者共置入椎弓根螺釘650根，胸椎570根，腰椎80根；其中胸椎螺釘中12根進(jìn)行了修正(導(dǎo)航坐標(biāo)漂浮誤差)，并一次性成功，見(圖2)?？傊冕敎?zhǔn)確率達(dá)到98.14%，胸椎97.89%，腰椎100%；胸椎螺釘失誤率2.1%。

圖 2 利用導(dǎo)航技術(shù)置釘后CT掃描橫斷面A： 腰椎置釘后影像； B： 胸椎置釘后影像Fig. 2 Cross-sectional CT scanning after navigationA：image of lumbar pedicle screws； B： image of thoracic pedicle screws

討 論

脊柱矯形手術(shù)置入椎弓根螺釘時(shí)，由于存在椎體結(jié)構(gòu)缺陷、脊椎三維畸形脊髓位置異常等情況，螺釘置入的難度和脊髓損傷的風(fēng)險(xiǎn)大大增加[5-6]。

普通X線片所獲得的僅僅是骨性結(jié)構(gòu)的二維重疊影像，而且對骨性結(jié)構(gòu)的顯示并不令人滿意；加之組織器官的重疊，對椎旁軟組織的顯示有一定限度[7]，在置釘后行C形臂透視檢查置釘效果時(shí)由于二維圖像只顯示平面效果，對于螺釘與椎弓根內(nèi)壁的位置關(guān)系顯示不佳，甚至是誤判，從而無謂地增加手術(shù)時(shí)間和出血量。據(jù)報(bào)道，即使經(jīng)驗(yàn)豐富的術(shù)者，傳統(tǒng)C臂X線機(jī)下徒手置釘失誤率也在4.5% ～ 15.7%[8-9]，嚴(yán)重影響術(shù)后矯形效果及預(yù)后。

術(shù)中CT導(dǎo)航系統(tǒng)是以CT影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，螺旋CT掃描速度快，成像速度快，密度分辨率高，Z軸方向分辨率高，數(shù)據(jù)精確性高，對于導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精確性起到了不可替代的作用[10]，且三維重建技術(shù)可以進(jìn)一步確定畸形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)平片不能發(fā)現(xiàn)的異常變化，如脊髓縱裂、錐體畸形等。

導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)用虛擬技術(shù)，借助光學(xué)定位儀跟蹤，在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)虛擬環(huán)境，顯示手術(shù)器械相對于病變組織的位置，從而實(shí)現(xiàn)對手術(shù)全過程的實(shí)時(shí)引導(dǎo)。通過術(shù)前重建的虛擬坐標(biāo)系與術(shù)中的工作空間坐標(biāo)系配準(zhǔn)，可將跟蹤設(shè)備跟蹤到的手術(shù)器械和感興趣的目標(biāo)并實(shí)時(shí)顯示在術(shù)前重建的虛擬解剖結(jié)構(gòu)上，使術(shù)者實(shí)時(shí)觀察手術(shù)器械和其周圍的解剖結(jié)構(gòu)以及手術(shù)器械的前進(jìn)和后退、手術(shù)線路、測量置入物的角度、長度及直徑，繼而使術(shù)者在手術(shù)中能夠?qū)崟r(shí)觀察手術(shù)機(jī)械和置入物在患者體內(nèi)的空間位置，從而給復(fù)雜形態(tài)椎體的椎弓根螺釘置入帶來極大的便利和優(yōu)越性[9,11]，CT導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了術(shù)中實(shí)時(shí)解剖結(jié)構(gòu)的可視化，可觀察多平面圖像，特別是導(dǎo)航系統(tǒng)中三維立體成像模塊更便于術(shù)者觀察手術(shù)器械的實(shí)施路徑和器械尖端的實(shí)時(shí)位置，輔助醫(yī)生選擇最佳的手術(shù)路徑，使手術(shù)更快速、更精確、更安全[8,12]。

術(shù)中CT導(dǎo)航系統(tǒng)定位精確，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，操作簡單，圖像清晰程度高，降低椎弓根螺釘置入的難度和術(shù)中發(fā)生脊髓損傷的概率。但是導(dǎo)航技術(shù)才剛剛起步，在導(dǎo)航坐標(biāo)漂移誤差方面還需要進(jìn)一步的改進(jìn)[13]。由此可見，術(shù)中CT導(dǎo)航系統(tǒng)在脊柱矯形領(lǐng)域具有重要的價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。

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Application of intraoperative CT navigation technology in spinal deformity surgery

WU Bing, DONG Tianxiang, ZHANG Yonggang, XIAO Songhua
Department of Orthopedics, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China

ObjectiveTo evaluate the application effect and technical advantages of intraoperative CT navigation system in the process of insertion of pedicle screws during spinal deformity operation.MethodsClinical data about 60 cases who underwent spinal deformity surgery and were assisted by Siemens intraoperative slide 40 row CT scanning and Brainlab navigation system to insert pedicle screws in Chinese PLA General Hospital from January 2010 to January 2014 , including 27 males and 33 females with an average age of 18.4 years (range from 11-38 years), were retrospectively analyzed.Results650 pedicle screws were inserted in 60 cases, including 570 thoracic pedicle screws (12 screws were modified) and 80 lumbar pedicle screws (none was modified). The total, thoracic and lumbar accuracy of the placement of pedicle screws were 98.14%, 97.89% and 100%, respectively.ConclusionThe intraoperative CT navigation system can display the form of thoracic and lumbar pedicle and the organization in front of the pedicle, and it can also precisely display the enter point and the angle of screw by three-dimensional imaging modules with low failure probability of pedicle and wall, low incidence of spinal cord injury and good application prospect.

intraoperative CT; navigation; spinal deformity; pedicle screw implantation

R 682.3

A

2095-5227(2015)06-0568-04

10.3969/j.issn.2095-5227.2015.06.012

時(shí)間：2015-03-10 09:39

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20150310.0939.003.html

2014-10-27

吳兵，男，碩士，主治醫(yī)師。Email: foxwu20002000@126. com；共同第一作者：董天祥，男，本科，技師。Email: 287586626 @qq.com

The first author: WU Bing. Email: foxwu20002000@126.com; DONG Tianxiang. Email: 287586626@qq.com