術中CT導航技術在脊柱畸形手術中的應用

吳 兵，董天祥，張永剛，肖嵩華

解放軍總醫院 骨科，北京 100853

術中CT導航技術在脊柱畸形手術中的應用

吳 兵，董天祥，張永剛，肖嵩華

解放軍總醫院 骨科，北京 100853

目的評價CT導航系統在脊柱畸形矯正手術中椎弓根螺釘置入的應用效果和技術優勢。方法回顧性分析解放軍總醫院2010年1月- 2014年1月利用導航技術行手術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。通過西門子術中滑軌40排CT掃描后將原始數據轉送給配備的Brainlab導航系統，輔助術者完成椎弓根釘置入。結果60例共置入椎弓根釘650根，胸椎570根(21根進行了修正)，腰椎80根(無修正)?？傊冕敎蚀_率98.14%，胸椎97.89%，腰椎100%。結論術中CT導航系統可以從各個角度實時顯示準備置釘的椎弓根形態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釘點與進釘角度，降低置入椎弓根螺釘時對椎弓根各壁的破壞概率和術中脊髓損傷的發生率，具有良好的應用前景。

術中CT；導航；脊柱畸形；椎弓根釘置入

脊柱畸形影響患者外觀，嚴重時可導致脊髓功能障礙，甚至截癱；因此，脊柱矯形對改善畸形及神經癥狀具有重要作用[1]。椎弓根釘棒系統具有強大的三維矯形能力，廣泛應用于脊柱外科的各個領域[1-2]。矯形效果與椎弓根螺釘置入的準確程度密切相關，但畸形導致的椎體形態及位置的變化增加了置釘難度[3]。隨著計算機可視化技術的飛速進步，出現了“影像導航手術”這一嶄新的領域。我院引進國內首臺術中CT導航系統(Siemens術中滑軌式螺旋CT配備Brainlab VVSky導航技術，德國)，并在脊柱畸形手術中得到應用。本文旨在探討CT導航系統在椎弓根螺釘置入時的應用價值。

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 導航前準備 患者置于JUPITER系列360°轉運全電動全碳纖維透視手術床，均在氣管插管全麻下手術。取脊柱后正中切口，切開皮膚、皮下組織，顯露棘突，骨膜下兩側剝離椎旁肌。顯露范圍包括上、下固定融合椎在內的融合節段椎體后部結構，應用專用脊柱導航夾固定棘突。

3 導航系統操作 1)CT及導航設備準備：安裝導航器械，將紅外導航球固定于導航器械上，術者將導航參考架固定于已經顯露的手術區域內任一棘突上，最終確保導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，設置成年人參數：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：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)數據傳輸：將數據傳輸至導航系統，由導航系統根據病人手術體位、導航系統紅外檢測器、iCT空間位置監測點、固定于患者棘突上的導航參考架等的空間位置關系把原始數據重組，經計算機D/A轉換和三維成像后，在顯示器上顯示出冠狀位、失狀位、橫斷位圖像。4)導航：導航開始前要確定導航準確性，術者將導航探針置于顯露的任一脊柱結構上，觀察導航圖像顯示的結構是否與探針所點結構相同，如相同可進入下一步(此步驟為驗證必須步驟，計算機默認必須完成此步才能進入下一步，在以往手術中兩者相同率達到100%)。將常規導航手術器械尖錐、開路錐通過紅外導航攝像機和紅外導航球進行注冊匹配。術者將手術器械尖部置于椎弓根后緣皮質上，在導航影像上清晰準確地顯示進釘點、進釘方向、深度和所選用的內置釘長度和直徑；同時在導航計劃模塊中，可以預先設置模擬螺釘的長度和直徑，使得術者更加直觀了解進釘情況以及螺釘與椎弓根內外側壁和上下側壁的位置關系，以便選擇最佳路徑置釘。在基礎導航模塊中，可清晰顯示手術器械尖部前方1 mm、5 mm、10 mm、15 mm處的組織結構。5)CT掃描驗證：在導航系統引導下完成置釘后，以同樣的掃描條件進行掃描，得到患者術后CT數據，并可對導航系統引導下置釘的準確性進行評估。見圖1。

圖 1 CT影像重建后的導航路徑A： 橫斷面； B：矢狀面； C： 三維立體效果圖； D： 進針點前方0 cm、 0.5 cm、 1.0 cm、 1.5 cm的組織結構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]方法評價螺釘位置：0級：未突破椎弓根內外側皮質(完全在椎弓根皮質內)；1級：突破椎弓根內外側皮質＜2.0 mm；2級：突破椎弓根內外側皮質2.1 ～ 4.0 mm；3級：突破椎弓根內外側皮質4.1 ～ 6.0 mm；4級：突破椎弓根內外側皮質＞6.0 mm。突破椎體前方皮質分級方法同上。0級的螺釘屬于準確置釘；椎弓根內側皮質及椎體前方皮質分級≤1級和椎弓根外側皮質≤2級為安全置釘；椎弓根內側皮質及椎體前方皮質分級＞1級和椎弓根外側皮質＞2級為潛在危險置釘。

結 果

術中CT導航系統輔助下，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根進行了修正(導航坐標漂浮誤差)，并一次性成功，見(圖2)?？傊冕敎蚀_率達到98.14%，胸椎97.89%，腰椎100%；胸椎螺釘失誤率2.1%。

圖 2 利用導航技術置釘后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

脊柱矯形手術置入椎弓根螺釘時，由于存在椎體結構缺陷、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險大大增加[5-6]。

普通X線片所獲得的僅僅是骨性結構的二維重疊影像，而且對骨性結構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由于二維圖像只顯示平面效果，對于螺釘與椎弓根內壁的位置關系顯示不佳，甚至是誤判，從而無謂地增加手術時間和出血量。據報道，即使經驗豐富的術者，傳統C臂X線機下徒手置釘失誤率也在4.5% ～ 15.7%[8-9]，嚴重影響術后矯形效果及預后。

術中CT導航系統是以CT影像數據為基礎，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，數據精確性高，對于導航系統的定位精確性起到了不可替代的作用[10]，且三維重建技術可以進一步確定畸形的結構特點，發現平片不能發現的異常變化，如脊髓縱裂、錐體畸形等。

導航系統運用虛擬技術，借助光學定位儀跟蹤，在計算機中建立一個虛擬環境，顯示手術器械相對于病變組織的位置，從而實現對手術全過程的實時引導。通過術前重建的虛擬坐標系與術中的工作空間坐標系配準，可將跟蹤設備跟蹤到的手術器械和感興趣的目標并實時顯示在術前重建的虛擬解剖結構上，使術者實時觀察手術器械和其周圍的解剖結構以及手術器械的前進和后退、手術線路、測量置入物的角度、長度及直徑，繼而使術者在手術中能夠實時觀察手術機械和置入物在患者體內的空間位置，從而給復雜形態椎體的椎弓根螺釘置入帶來極大的便利和優越性[9,11]，CT導航系統實現了術中實時解剖結構的可視化，可觀察多平面圖像，特別是導航系統中三維立體成像模塊更便于術者觀察手術器械的實施路徑和器械尖端的實時位置，輔助醫生選擇最佳的手術路徑，使手術更快速、更精確、更安全[8,12]。

術中CT導航系統定位精確，實時性強，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中發生脊髓損傷的概率。但是導航技術才剛剛起步，在導航坐標漂移誤差方面還需要進一步的改進[13]。由此可見，術中CT導航系統在脊柱矯形領域具有重要的價值和廣闊的發展前景。

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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