椎弓根螺釘植入導(dǎo)向裝置研究現(xiàn)狀

楊鎮(zhèn)源，史文宇(綜述)，鄧強(qiáng)(審校)

甘肅省中醫(yī)院脊柱二科，蘭州730050

椎弓根螺釘植入導(dǎo)向裝置研究現(xiàn)狀

楊鎮(zhèn)源，史文宇(綜述)，鄧強(qiáng)(審校)

甘肅省中醫(yī)院脊柱二科，蘭州730050

隨著椎弓根螺釘技術(shù)在脊柱外科臨床中的廣泛應(yīng)用，對(duì)精確置釘提出了更高的要求。為此，脊柱外科醫(yī)師們進(jìn)行了不斷的探索，并借助各種現(xiàn)代技術(shù)手段創(chuàng)造性地研發(fā)應(yīng)用了多種輔助導(dǎo)向裝置，包括簡(jiǎn)易椎弓根螺釘導(dǎo)向器、導(dǎo)航系統(tǒng)和3D導(dǎo)航模板等。本文就椎弓根螺釘植入導(dǎo)航裝置的研究應(yīng)用方面進(jìn)行綜述，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)提出展望。

椎弓根螺釘;導(dǎo)向;臨床應(yīng)用

椎弓根螺釘技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于脊柱創(chuàng)傷、炎癥、腫瘤、畸形和退變性疾病等的治療，取得公認(rèn)的良好效果［1］，準(zhǔn)確置釘是手術(shù)成功的關(guān)鍵。目前，大多數(shù)醫(yī)師仍采用徒手置釘技術(shù)，置釘失誤及與其相關(guān)的并發(fā)癥仍時(shí)有發(fā)生。為提高置釘準(zhǔn)確率，脊柱外科醫(yī)師提出了各種不同的置釘方法，并結(jié)合現(xiàn)代科技的進(jìn)展創(chuàng)造性地應(yīng)用了多種輔助導(dǎo)向方法。

1 簡(jiǎn)易椎弓根螺釘導(dǎo)向器

基于計(jì)算機(jī)導(dǎo)航應(yīng)用費(fèi)用高昂，操作繁瑣，學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng)，興起了椎弓根螺釘植入導(dǎo)向器的研發(fā)。但多停留于實(shí)驗(yàn)室研究、專利申報(bào)或局部的臨床應(yīng)用研究，并未形成廣泛的推廣應(yīng)用。陳永銨等［2］研制對(duì)稱性可調(diào)節(jié)式椎弓根鉆孔導(dǎo)向器，能提高椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確性，可提高固定釘?shù)陌仓觅|(zhì)量。王梟冶［3］進(jìn)行胸腰椎椎弓根釘植入導(dǎo)向器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示，其所設(shè)計(jì)的裝置可提高植釘準(zhǔn)確率，減少相關(guān)并發(fā)癥。吳強(qiáng)等［4］采用自制中空絲錐導(dǎo)向工具，不僅縮短了手術(shù)時(shí)間，也提高了上釘?shù)臏?zhǔn)確性。胡寧［5］完成椎弓根螺釘植入導(dǎo)向器的研制及其在CT三維重建下輔助胸椎弓根螺釘植入的體外應(yīng)用研究，結(jié)果顯示，導(dǎo)向器操作簡(jiǎn)便，其導(dǎo)向使釘?shù)肋_(dá)到理想角度，必能減少椎弓根穿破的發(fā)生。肖京等［6］進(jìn)行椎弓根軸線導(dǎo)向器的研制和應(yīng)用研究，認(rèn)為椎弓根軸線導(dǎo)向器可以準(zhǔn)確地引導(dǎo)順椎弓根軸線鉆孔，從而提高椎弓根釘置入的準(zhǔn)確性和安全性。范玉強(qiáng)等［7］進(jìn)行可調(diào)式簡(jiǎn)易腰椎椎弓根螺釘導(dǎo)向器的研制及臨床應(yīng)用，認(rèn)為采用該椎弓根導(dǎo)向器聯(lián)合C臂透視能夠縮短手術(shù)、透視時(shí)間，達(dá)到螺釘?shù)木_安置，減少手術(shù)相關(guān)并發(fā)癥。徐兆萬等［8］行導(dǎo)向器輔助下個(gè)體化后路頸椎椎弓根螺釘固定的療效評(píng)價(jià)，探討自制導(dǎo)向器輔助下個(gè)體化后路頸椎椎弓根螺釘固定的臨床效果，認(rèn)為導(dǎo)向器輔助下CT測(cè)量個(gè)體化置釘后路頸椎椎弓根置釘準(zhǔn)確率高，簡(jiǎn)單易行，安全可靠。陳德路［9］研制椎弓根螺釘植入專用器械，可以使雙側(cè)椎弓根螺釘快速、準(zhǔn)確地沿椎弓根中軸線對(duì)稱植入。

目前研究及應(yīng)用的椎弓根螺釘導(dǎo)向器多采用棘突定位桿加刻度盤設(shè)計(jì)方法，存在如下問題:①棘突偏歪誤差;②左右椎弓根不對(duì)稱問題;③進(jìn)釘點(diǎn)與棘突固定點(diǎn)非同一旋轉(zhuǎn)圓心的問題。有學(xué)者設(shè)計(jì)進(jìn)針點(diǎn)定位桿與鉛垂線投影角度的方法也操作繁瑣，不利于臨床應(yīng)用。楊鎮(zhèn)源等［10］設(shè)計(jì)研發(fā)一種角度控制組合式椎弓根螺釘植入工具，避免了前述導(dǎo)向裝置部分設(shè)計(jì)及應(yīng)用缺陷，使用方便、價(jià)廉，可使角度控制貫穿于置釘全程(開口、定位針、開路、置釘)，配合術(shù)前X線與CT數(shù)據(jù)測(cè)量，極大提高了置釘?shù)臏?zhǔn)確性與安全性，避免了使用導(dǎo)航儀器的高昂費(fèi)用，減少了患者及術(shù)者的射線暴露，值得臨床推廣應(yīng)用。但此設(shè)計(jì)也存在進(jìn)針點(diǎn)的準(zhǔn)確定位問題。

2 導(dǎo)航系統(tǒng)

2．1 計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航

隨著導(dǎo)航設(shè)備的不斷改進(jìn)及醫(yī)師操作的不斷熟練，現(xiàn)已經(jīng)擴(kuò)展到包括頸椎和胸椎在內(nèi)的整個(gè)脊柱，應(yīng)用病種也從最早的脊柱骨折擴(kuò)展到脊柱退行性疾病、畸形及腫瘤等，從原先的標(biāo)準(zhǔn)后路手術(shù)擴(kuò)展到前路等各個(gè)方面［11］。陳曉明等［12］采用術(shù)中C臂X線透視二維導(dǎo)航、CT三維重建導(dǎo)航模式，置釘1 820枚，1 778枚為Ⅰ級(jí)螺釘(準(zhǔn)確率97．69%)。其中頸椎92枚，I級(jí)螺釘90枚(準(zhǔn)確率97．82%)，胸椎502枚，Ⅰ級(jí)螺釘492枚，準(zhǔn)確率98%，腰椎置入螺釘1 226枚，Ⅰ級(jí)螺釘1 196枚，準(zhǔn)確率97．2%。平均置釘時(shí)間(7．0±1．5)min。提示計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)輔助脊柱椎弓根釘置入，能立體、多視角實(shí)時(shí)顯示骨性解剖結(jié)構(gòu)，保證了脊柱椎弓根釘置入的準(zhǔn)確性及安全性，明顯減少放射線的暴露強(qiáng)度。王濤等［13］回顧性分析25例O-arm導(dǎo)航下修復(fù)嚴(yán)重脊柱畸形患者的臨床資料，結(jié)果顯示，在O-arm導(dǎo)航系統(tǒng)下修復(fù)嚴(yán)重脊柱畸形的置釘準(zhǔn)確性高。

2．2 骨科機(jī)器人

基于CT、2D透視、3D透視、數(shù)字化仿真、超聲和電磁等導(dǎo)航系統(tǒng)，以及多模態(tài)導(dǎo)航等各種導(dǎo)航技術(shù)不斷發(fā)展，骨科機(jī)器人在臨床應(yīng)用中憑著智能、微創(chuàng)和精準(zhǔn)等基本特性，有力地改善了傳統(tǒng)骨科手術(shù)損傷大、輻射量高及操作不精確等狀況，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值，引起了廣泛關(guān)注。早期的脊柱機(jī)器人關(guān)注于如何提高椎弓根螺釘置入精度、減少血管神經(jīng)損傷和減少醫(yī)患輻射等，現(xiàn)在也用于病理活檢、椎體成形術(shù)和局部封閉術(shù)等。目前已經(jīng)誕生了至少18種脊柱相關(guān)機(jī)器人［14］。SpineAssist是目前世界上唯一通過美國(guó)FDA和歐盟CE批準(zhǔn)的脊柱專用機(jī)器人。目前已完成超過2 500例的手術(shù)，輔助15 000枚螺釘植入。大量的臨床實(shí)驗(yàn)表明，SpineAssist可顯著提高螺釘植入的精確性，減少輻射，尚無發(fā)生永久神經(jīng)損傷的報(bào)道［15-16］。

2．3 其他導(dǎo)航技術(shù)

鐘勝河等［17］研制了一種無輻射、成本低廉的生物電阻抗導(dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)家豬椎骨進(jìn)行輔助椎弓根螺釘植入實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反映插入電極到達(dá)不同椎骨組織的部位，且能對(duì)整個(gè)手術(shù)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可望在椎弓根螺釘植入手術(shù)中獲得廣泛的應(yīng)用。超聲導(dǎo)航系統(tǒng)具有費(fèi)用低廉、電離輻射低和能實(shí)時(shí)顯像等優(yōu)點(diǎn)。但在椎弓根螺釘植入方面，由于超聲能量在骨組織內(nèi)衰減大，其穿透骨組織深度較淺，且現(xiàn)有超聲探頭較大，無法伸入釘?shù)?，因此需進(jìn)一步研究［18］。

3 基于3D打印的導(dǎo)航模板

近年來，Mimics軟件結(jié)合3D打印技術(shù)下的目標(biāo)椎體及個(gè)體化導(dǎo)航模板制作，已開始應(yīng)用于臨床，極大地提高了椎弓根螺釘植入的精確性及安全性。陳宣煌等［19］應(yīng)用3D打印制備個(gè)體化導(dǎo)航模板輔助腰椎椎弓根螺釘置入，共植入253枚螺釘。術(shù)后行X線、CT掃描重建，發(fā)現(xiàn)有8枚椎弓根螺釘與術(shù)前設(shè)計(jì)相比，進(jìn)釘方向稍有偏移，但均在較滿意的位置，其余245枚椎弓根螺釘?shù)倪M(jìn)釘點(diǎn)、方向和長(zhǎng)度均與Mimics軟件中模擬的預(yù)定理想進(jìn)釘點(diǎn)、方向和長(zhǎng)度一致，準(zhǔn)確率96．84%。提示，在導(dǎo)航模塊的輔助下，腰椎椎弓根螺釘數(shù)字化置入精準(zhǔn)。鄒偉民等［20］運(yùn)用3D打印技術(shù)，建立了患者脊柱個(gè)體化模型，術(shù)前模擬選取胸腰椎椎弓根螺釘型號(hào)及術(shù)中置釘進(jìn)行內(nèi)固定操作，并應(yīng)用于術(shù)中，收到了良好的效果。兩組患者在置釘準(zhǔn)確率及一次性置釘成功率指標(biāo)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0．05)，3D打印組治療優(yōu)于對(duì)照組。董春科［21］進(jìn)行了個(gè)性化導(dǎo)航模板輔助寰椎椎弓根螺釘置釘與徒手置釘對(duì)比的臨床研究，結(jié)果顯示，徒手組患者共置入螺44枚，其中0級(jí)21枚(47．7%)，Ⅰ級(jí)17枚(38．6%)，Ⅱ級(jí)4枚(9．1%)，Ⅲ級(jí)2枚(4．5%);導(dǎo)板組患者共置入螺釘38枚，其中0級(jí)35枚(92．1%)，Ⅰ級(jí)3枚(7．9%)。兩組置釘準(zhǔn)確率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0．01)。

4 總結(jié)

目前椎弓根螺釘?shù)膶?dǎo)航裝置包括簡(jiǎn)易椎弓根螺釘導(dǎo)向器(可調(diào)節(jié)式椎弓根鉆孔導(dǎo)向器、中空絲錐、椎弓根軸線導(dǎo)向器、可調(diào)式簡(jiǎn)易腰椎椎弓根螺釘導(dǎo)向器和角度控制組合式椎弓根螺釘植入工具)、導(dǎo)航系統(tǒng)(計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航、骨科機(jī)器人、超聲導(dǎo)航和生物電阻抗)和3D導(dǎo)航模板等。簡(jiǎn)易導(dǎo)向器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用方便，費(fèi)用低廉，可減少患者及術(shù)者的射線暴露，但也存在著一定的設(shè)計(jì)缺陷與不足，均未能精準(zhǔn)確定進(jìn)針點(diǎn)，受術(shù)者技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)影響較大。國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)醫(yī)院擁有計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航減少患者及醫(yī)務(wù)人員的輻射暴露［22］，增加了手術(shù)的安全性，減少手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。但也存在術(shù)中參考架松動(dòng)或移動(dòng)，需要重新注冊(cè);有圖像漂移現(xiàn)象;導(dǎo)航工具的注冊(cè)及數(shù)據(jù)采集過程復(fù)雜;術(shù)中需額外切口固定參考架;學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng);導(dǎo)航設(shè)備費(fèi)用高，使患者的手術(shù)費(fèi)用增加。實(shí)驗(yàn)及臨床研究報(bào)道，3D導(dǎo)航模板置釘準(zhǔn)確率較高，但其目前仍處于臨床初步應(yīng)用階段，仍存在導(dǎo)板貼附不佳、導(dǎo)板斷裂和導(dǎo)板置入空間不足等諸多問題，有待進(jìn)一步改善。如何解決軟組織剝離困難問題，選擇哪些解剖部位作為導(dǎo)板匹配區(qū)可以提高導(dǎo)板穩(wěn)定性與位置確定性，如何解決骨表面重建數(shù)據(jù)損失問題，這些都有待于進(jìn)一步探索［23］。筆者以為，角度控制組合式椎弓根螺釘植入工具與3D導(dǎo)航模板結(jié)合應(yīng)用，在進(jìn)一步提高椎弓根螺釘植入精度方面具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用前景。

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Research status of pedicle screw insertion guiding devices

YANG Zhenyuan，SHIWenyu，DENG Qiang
Department of SpineⅡ，Gansu Provincial Hospital of Traditional Chinese Medicine，Lanzhou 730050，China

With the wide application of pedicle screw technique in spinal surgery，a higher requirement is put forward for precise placement of pedicle screws．To this end，constant research have been conducted by spine surgeons，and with the aid of a variety ofmodern technologiesmany auxiliary guiding devices are created，including simple pedicle screw guide，navigation system，and 3D navigation template．In this paper，the researches on application of pedicle screw navigation deviceswere reviewed，and the developmental trendswere prospected．

Pedicle screw;Guide;Clinical application

R197．39

A

2095-378X(2017)02-0110-03

10．3969/j．issn．2095-378X．2017．02．012

2017－04－19)

甘肅省衛(wèi)生行業(yè)計(jì)劃管理項(xiàng)目(GWGL2014-07)

楊鎮(zhèn)源(1978—)，男，碩士，主治醫(yī)師，從事中西醫(yī)結(jié)合治療脊柱疾病

鄧強(qiáng)，電子信箱:dengqiang11576@sohu．com