王慶德，梅偉，張振輝，姜文濤，陳旭義

(1鄭州市骨科醫(yī)院，鄭州450052；2武警后勤學院附屬腦科醫(yī)院)

個體化導航模板輔助頸椎椎弓根螺釘置入與徒手螺釘置入的準確性比較

王慶德1，梅偉1，張振輝1，姜文濤1，陳旭義2

(1鄭州市骨科醫(yī)院，鄭州450052；2武警后勤學院附屬腦科醫(yī)院)

目的 比較個體化導航模板輔助頸椎椎弓根螺釘置入與徒手螺釘置入的準確性。方法 選取頸椎完整的成人尸體8具，隨機分為導航輔助組和徒手置釘組各4具。導航輔助組對尸體頸椎(C3～7)進行CT掃描，重建頸椎三維模型，設計與頸椎椎板吻合的反向模板，構建個體化導航模板的數(shù)據(jù)模型，采用快速成型技術打印個體化導航模板；將導航模板與頸椎椎體后部緊密貼合，輔助置入頸椎椎弓根螺釘。徒手置釘組采用Abumi椎弓根入口直接暴露法進行徒手螺釘置入。術后即刻行頸椎X線和CT斷層掃描，觀察螺釘置入情況，評價置釘效果，計算置釘準確率。結果 導航輔助組共置入螺釘32枚，置釘效果為Ⅰ級31枚、Ⅱ級1枚，置釘準確率為96.8%(31/32)；徒手置釘組共置入螺釘32枚，置釘效果為Ⅰ級29枚、Ⅱ級3枚，置釘準確率為90.6%(29/32)；導航輔助組置釘準確率高于徒手置釘組(P<0.05)。結論 個體化導航模板輔助頸椎椎弓根螺釘置入的準確性高于徒手螺釘置入。

頸椎；椎弓根螺釘置入術；計算機導航系統(tǒng)；個體化設計

頸椎椎弓根螺釘內(nèi)固定術能夠維持頸椎穩(wěn)定，提供優(yōu)良的生物力學穩(wěn)定性[1]。但是頸椎椎弓根周圍毗鄰脊髓、椎動脈等重要組織結構，而且頸椎椎弓根直徑狹小、個體變異性較大，故臨床上頸椎椎弓根螺釘置入困難，限制了頸椎椎弓根螺釘內(nèi)固定術的推廣及應用[2]。傳統(tǒng)的頸椎椎弓根螺釘置入常采用解剖學標志定位法，即徒手將螺釘置入(以下稱徒手置釘)，失敗率較高。利用逆向工程原理和快速成型技術設計及制作個體化導航模板，并將其輔助頸椎椎弓根螺釘置入是臨床上新近發(fā)展起來的一種置釘方法，具有手術操作簡單的特點，但是其置釘安全性及準確性鮮見報道。2014年1月～2015年12月，本研究將個體化導航模板輔助頸椎椎弓根螺釘置入與徒手置釘?shù)男ЧM行對比分析，為其進一步臨床應用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 標本 選取10%甲醛浸泡的成年尸體8具，男、女各4具，將其隨機分為導航輔助組和徒手置釘組各4具。尸體標本包括完整的C3～7骨性結構、頸旁肌肉、韌帶等軟組織結構。所有標本經(jīng)過X線及CT檢查，排除骨折、腫瘤、結核、嚴重畸形及椎弓根特別細小等可能影響實驗結果的因素。本研究通過醫(yī)院倫理委員會審核。

1.2 個體化導航模板設計與制作 對導航輔助組4具尸體的頸椎(C3～7)行64排螺旋CT掃描(層厚0.65 mm，電流220 mA，電壓120 kV)，以DICOM格式保存數(shù)據(jù)，并導入三維重建軟件Mimics10.01(比利時Materialise公司)進行頸椎三維模型重建，方法如下：打開Mimics軟件，首先采用閾值選取技術，根據(jù)骨組織的密度選定頸椎骨性結構，得出該組織的閾值范圍，接受這一范圍并獲得頸椎的原始蒙罩。運用三維區(qū)域增長技術，選取欲重建的頸椎區(qū)域，對原始蒙罩進行處理，得到新蒙罩。在三維實體欄導入新蒙罩并加以運算，獲得所選取實體結構區(qū)域的三維重建模型。將三維重建模型透明化，參考Resnick頸椎椎弓根螺釘置入法[3,4]標記椎弓根軸線。軸線確定后，用直徑3.5 mm的圓柱體代替椎弓根螺釘，通過軟件設計椎弓根的最佳進釘通道，分別在矢狀面、冠狀面和軸面觀察圓柱體通過椎弓根的位置。提取C3～7椎體后方對應骨性表面的解剖數(shù)據(jù)，建立與其解剖形態(tài)一致的反向模板。將設計好的椎弓根螺釘進釘通道和反向模板擬合在一起，形成帶有雙側定位定向孔的單椎體個體化導航模板，以STL格式保存。采用快速成型技術，用丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)樹脂材料打印椎弓根螺釘個體化導航模板。

1.3 置釘方法 導航輔助組：采取頸椎后正中入路，充分顯露后方結構至雙側小關節(jié)突外側緣。將導航模板與頸椎椎體后部緊密貼合，并將其固定，用電鉆沿著導向孔鉆出進釘通道，應用探針對置釘通道四壁及底部進行探查，確定釘?shù)罌]有偏離椎弓根后，置入頸椎椎弓根螺釘。攻絲后緩慢擰入相應長度和直徑的螺釘。徒手置釘組：采用Abumi椎弓根入口直接暴露法[3,4]，一般將進釘點選擇在側塊中點的外側，離上關節(jié)面下緣1～2 mm。將進釘點后方側塊的皮質(zhì)骨及松質(zhì)骨完全磨除，顯露椎弓根入口處，置入頸椎椎弓根螺釘。釘?shù)纼?nèi)傾角為25°～45°，C3、4進釘角度稍微向頭側傾斜，C5進行角度平行于上終板，C6、7進釘角度稍微向尾側傾斜。兩組均由同一經(jīng)驗豐富的醫(yī)師操作。

1.4 置釘效果觀察 術后即刻行頸椎X線和CT斷層掃描，觀察螺釘置入的情況。按照椎弓根螺釘與椎弓根側壁及周圍結構的關系，將置釘效果分為4級：Ⅰ 級為螺釘完全位于椎弓根內(nèi)，未突破椎弓根皮質(zhì)；Ⅱ 級為螺釘突破椎弓根皮質(zhì)<1 mm；Ⅲ 級為螺釘突破椎弓根皮質(zhì)1～2 mm：Ⅳ 級為螺釘突破椎弓根皮質(zhì)>2 mm。Ⅰ 級為準確置入，計算兩組置釘準確率。

1.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件。計數(shù)資料以率表示，組間比較采用χ2檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

綜合利用逆向工程原理和快速成型技術成功打印個體化導航模板，充分暴露頸椎后部骨性結構后，模板能夠與頸椎椎體后部緊密貼合(插頁Ⅱ圖1A)。兩組均順利完成置釘手術。導航模板在置釘過程中具有較高的穩(wěn)定性，置釘順利，肉眼觀察螺釘置入角度準確，排列規(guī)則(插頁Ⅱ圖1B)。導航輔助組共置入螺釘32枚，置釘效果為Ⅰ級31枚、Ⅱ級1枚，置釘準確率為96.8%(31/32)；徒手置釘組共置入螺釘32枚，置釘效果為Ⅰ級29枚、Ⅱ級3枚，置釘準確率為90.6%(29/32)；導航輔助組置釘準確率高于徒手置釘組(P<0.05)。

3 討論

Abumi等[5]在1994年首次開展頸椎椎弓根螺釘內(nèi)固定技術，取得了滿意療效；但手術并發(fā)癥較多，限制了其推廣應用[6]。為降低手術風險，提高置釘準確率，國內(nèi)外學者提出多種不同置釘方法，計算機導航系統(tǒng)輔助置釘和徒手置釘均為常用的置釘技術[7]。Ludwig等[8]采用解剖標志法、椎板開窗法、計算機輔助導航系統(tǒng)進行椎弓根螺釘置入，結果顯示計算機輔助導航系統(tǒng)輔助置釘?shù)臏蚀_率最高；解剖標志法置釘穿破椎弓根皮質(zhì)的發(fā)生率為66%，椎板開窗法為40%，而計算機導航系統(tǒng)為11%。計算機輔助導航置釘技術的應用大大提高了椎弓根螺釘置入的準確率和安全性，減少了神經(jīng)、血管損傷等并發(fā)癥的發(fā)生[9]。但計算機輔助導航置釘技術使用的儀器價格昂貴、操作復雜、學習時間較長，且存在注冊誤差、體位變化等影響因素[10]。采用傳統(tǒng)徒手置釘法時，其進釘點及進釘方向主要依賴于術者的經(jīng)驗，具有一定的盲目性，很容易導致椎弓根螺釘被穿透[11]。有研究顯示，下頸椎的椎弓根外側壁是最薄的，椎弓根螺釘置入時穿透外側壁的風險是內(nèi)側壁的2倍，而外側壁穿孔很可能會損傷椎動脈[4,12]。本研究中徒手置釘組3枚Ⅱ級螺釘，其中有2枚穿透外側壁，1枚穿透內(nèi)側壁。

解剖學研究顯示，人頸椎椎弓根參數(shù)變異性較大，不同個體及節(jié)段水平都存在顯著差別。為進一步提高頸椎置釘?shù)臏蚀_性，近年來有學者提出椎弓根螺釘置入的“個體化原則”，即根據(jù)每個不同的椎弓根釘?shù)绤?shù)設計與其匹配的置釘入點及方向[13,14]。本研究中，導航輔助組利用逆向工程原理和快速成型技術制備個體化的導航模板，可以實現(xiàn)不同節(jié)段水平的個體化設計，易于操作。胡勇等[15]通過結合快速成型技術和逆向工程軟件設計出不同患者的頸椎導航模板，結果顯示術后實際螺釘軌道與術前設計一致，能顯著提高螺釘置入的準確率，且均無神經(jīng)、血管損傷等并發(fā)癥發(fā)生。本研究導航輔助組置釘準確率明顯高于徒手置釘組，與以往研究結論一致[16]。

個體化導航模板具有操作簡單、對術者無特別經(jīng)驗要求、術中無需注冊和透視，且模板不會由于術中患者體位變動而導致定位失敗等特點[16]。但導航模板在設計、制作及應用過程中也存在一些不足：術前設計較復雜，需要術者熟練掌握相關計算機軟件；頸椎三維模型的建立、STL格式的轉化、打印材料性質(zhì)的不穩(wěn)定等都會影響模板制作的精確度；導航模板體積過大或過小會導致術中模板固定不牢靠，進而影響進釘方向。導航模板和頸椎相應骨性結構是否能緊密貼合，是手術準確定位定向、置釘成敗的關鍵所在[17]。為提高個體化導航模板輔助置釘?shù)臏蚀_性，術中應注意：①術中一定要將頸椎椎板表面軟組織剝離干凈，并避免破壞椎板后方骨性結構，以利于導航模板盡量緊密貼合于骨性結構；②最好使用電鉆進行釘?shù)楞@孔，以避免因鉆頭晃動而導致釘?shù)榔x方向；③螺釘置入前應常規(guī)使用椎弓根探子對置釘通道進行探查，以保證置釘通道完全在椎弓根內(nèi)。

綜上所述，個體化導航模板輔助頸椎椎弓根螺釘置入的準確性高于徒手置釘。個體化導航模板輔助頸椎椎弓根螺釘置入符合椎弓根個體化、節(jié)段性差異的解剖學特點，實現(xiàn)了椎弓根螺釘置入的準確定位和定向。參考文獻：

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Comparison of the accuracy of cervical pedicle screw placement between individual navigational template and free hand placement

WANGQingde1,MEIWei,ZHANGZhenhui,JIANGWentao,CHENXuyi

(1OrthopaedicHospitalofZhengzhouCity,Zhengzhou450052,China)

Objective To compare the accuracy between cervical pedicle screw placement assisted by the individual navigation template and free hand pedicle screw placement. Methods Eight adult cadavers (4 male and 4 famale) were randomly divided into two groups: individual navigation template group and free hand pedicle screw placement group. The cadaver cervical specimens (C3-7) of the individual navigation template group were scanned by CT and the 3D model was reestablished. According to the morphological feature of the posterior cervical spine elements, the reverse template was designed. Then, the best pedicle screw channels were fused into bilateral navigation template. The navigation template was manufactured by rapid prototyping technology. Cervical pedicle screws were inserted with the assistance of navigation templates. Patients in the free hand pedicle screw placement group were treated with Abumi pedicle entrance method. Postoperative X-ray and CT scanning were used to evaluate the accuracy of screw placement. Results A total of 32 pedicle screws were implanted in the individual navigation template group, 31 screws were placed entirely within the pedicle (grade Ⅰ), 1 screw perforated the medial cortex of pedicle (grade Ⅱ), and the accuracy of screw placement was 96.8%. A total of 32 pedicle screws were implanted in the free hand pedicle screw placement group, 29 screws were placed entirely within the pedicle (grade Ⅰ), 3 screws perforated the medial cortex of pedicle (grade Ⅱ) and the accuracy of screw placement was 90.6%. The accuracy of screw placement of the individual navigation template group was higher than that of the free hand pedicle screw placement group (P<0.05). Conclusion The individual navigation template-assist pedicle screw placement has a higher accuracy than the free hand pedicle screw placement.

cervical vertebra; pedicle screw placement; computer navigation system; individual design

國家自然科學基金青年科學基金資助項目(11102235)；鄭州市普通科技攻關項目(141PPTGG327)。

王慶德(1974-)，男，副主任醫(yī)師，研究方向為脊柱外科疾病的診斷與治療。E-mail：15093483697@163.com

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.16.002

R687.1

A

1002-266X(2017)16-0005-03

2016-11-09)