王爽 李宏偉 王海洲 王帥 付玉平

后路椎弓根螺釘固定系統(tǒng)是脊柱后路手術最常用的內固定器械，可用于各種胸椎傷病的手術治療，如胸椎骨折及脫位、腫瘤、退行性變等，與椎弓根螺釘手術相關的術中并發(fā)癥包括周圍重要神經(jīng)及血管、硬膜囊甚至脊髓的損傷［1，2］，多由螺釘誤置或位置不佳引起。以往，多項研究［3?5］嘗試應用多種方法提高胸椎手術的安全性，但多受限于硬件條件或方法過于繁瑣，不易掌握。近年來，三維重建等數(shù)字技術與脊柱外科臨床實踐的結合使外科醫(yī)師能夠在術前進行模擬手術，完成手術設計，也使個體化置釘變?yōu)榭赡堋１疚臄M應用數(shù)字技術，模擬胸椎椎弓根螺釘置入手術，以討論一種簡便、易于掌握的通用置釘方案的可行性。

資料與方法

一、納入與排除標準

納入標準：①年齡為18～85歲；②胸椎結構無嚴重側彎或前后突畸形等明顯解剖異常者；③DR、薄層掃描CT等影像學資料完整，可完成三維重建并進行雙側椎弓根螺釘置入手術；④既往無胸椎及鄰近結構大手術史。

排除標準：①年齡小于18歲或大于85歲；②經(jīng)影像學檢查證實胸椎存在外傷、腫瘤、嚴重骨質增生等情況所致的解剖結構異常；③影像學資料不完整或清晰度不能滿足三維重建需要者。

二、一般資料

2017年1月至2017年10月，根據(jù)納入與排除標準在我院影像系統(tǒng)中連續(xù)選取行胸椎三維CT檢查的病人，共納入53例病人，其中男37例，女16例，年齡為（43.6±5.4）歲（21～76歲）。

三、方法

本研究所選用的三維CT數(shù)據(jù)均來自我院放射科，CT掃描條件：120 kV，30 mA，視野（field of view,FOV）為500 mm，層厚為0.625 mm；醫(yī)學三維重建軟件為MIMICS 14.1（Materalise，比利時）。

將研究對象的三維CT資料以DICOM格式導入三維重建軟件，劃定重建范圍并確定骨的閾值后進行重建，逐層去除肋骨、胸骨等骨性結構，僅保留T1～12胸椎作為研究對象，完成重建后再次對所有椎體進行仔細觀察，確定無影響研究的解剖變異存在，將重建后的模型在三維重建軟件內進行細化、降噪等操作。

建模完成后向三維重建軟件中導入提前繪制的椎弓根螺釘，T1～6節(jié)段的螺釘直徑為4 mm，長度為35 mm；T7～12節(jié)段的螺釘直徑為5 mm，長度為40 mm。通過軟件設置使胸椎椎體呈半透明狀態(tài)以利觀察，在軟件內進行螺釘置入的模擬手術，以移動、旋轉等操作調整螺釘位置，進釘點的確定參照Fennell等［6］介紹的方法，選取上關節(jié)突外緣與橫突上緣交點尾側3 mm，矢狀面角度大致垂直于上一椎體下關節(jié)突和本椎體下關節(jié)突連線；確定進釘點和矢狀面角度后，在冠狀面調整外展角度，確保最佳位置置釘，螺釘全程被骨包繞，無破出骨壁的情況，測量其與棘突的夾角（圖1）。

圖1 置釘方法示意圖 選取上關節(jié)突外緣與橫突上緣交點尾側3 mm處為進釘點，螺釘?shù)氖笭蠲娼嵌却怪庇谏弦蛔刁w下關節(jié)突和本椎體下關節(jié)突連線（圖中黑色實線），外展角度通過模擬術中實際情況確定，并測量其與棘突夾角（繪圖作者：王爽）

四、觀察指標及評價標準

置釘完成后，觀察各螺釘與周圍骨質的關系以確定是否實現(xiàn)最佳位置置釘，標準為椎弓根各壁完整，無螺釘螺紋破出，對椎體進行半透明操作后可證實螺釘基本于椎弓根中心軸線穿過，以棘突為參考測量外展角度，并計算每一椎體外展角度的平均值，作為今后行胸椎椎弓根螺釘置入手術的參考數(shù)值，同時比較左右兩側螺釘?shù)耐庹菇嵌纫源_定是否具有側別差異。

五、統(tǒng)計學分析

所有測量數(shù)據(jù)的記錄和處理均在Stata 12.0統(tǒng)計軟件（Stata公司，美國）中完成。螺釘外展角度數(shù)以均數(shù)±標準差±s）表示，對同一椎體左右兩側的螺釘外展角度的比較采用配對t檢驗，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

結 果

在三維重建軟件中完成建模，按前述方案完成T1～12椎弓根螺釘置釘，共置入1 272枚胸椎椎弓根螺釘，置釘完成后進行觀察，無螺釘破出骨質等情況。對所有螺釘進行測量，其外展角度平均值及雙側對比情況見表1，配對t檢驗的結果表明，除T3、T4雙側螺釘外展角的平均值差異無統(tǒng)計學意義外，其余各椎體的雙側椎弓根螺釘外展角度比較，差異均有統(tǒng)計學意義（P均＜0.05）。

討 論

一、胸椎椎弓根螺釘置釘技術的進展

胸椎的椎弓根結構復雜多變，胸廓等結構可能對置釘造成影響，胸段脊髓和神經(jīng)根一旦受損，將產生嚴重的癥狀，一般認為，胸椎椎弓根螺釘手術的難度要大于腰椎。為避免術中螺釘誤置引起并發(fā)癥，不同研究者進行了大量工作并取得了一定進展［1?3］，多項不同置釘方法［7?9］的對比表明，導航技術能提高置釘準確性，但其伴隨的射線暴露問題不容忽視，尤其是當術者長期從事相關手術時，射線對醫(yī)務人員健康的影響應予以考慮；另外，導航技術對于軟硬件的要求較高，限制了這一技術的廣泛應用。實踐證明，恰當?shù)男g中透視和徒手技術也能實現(xiàn)最佳位置置釘［10?14］，多年以來，不斷有研究者嘗試改進置釘技術［15?18］，如采用新的手術器械［19］、超聲［20］、導板［21］等輔助技術。另一方面，也有研究者試圖通過統(tǒng)一進釘點和進釘角度簡化技術流程［22，23］，Qi等［24］于2014年就曾發(fā)表過以我國人群為研究對象的胸椎螺釘進釘點研究。

表1 各節(jié)椎體雙側椎弓根螺釘?shù)耐庹菇嵌取纒）

表1 各節(jié)椎體雙側椎弓根螺釘?shù)耐庹菇嵌取纒）

椎體T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12左側外展角度36.21°±4.54°33.05°±10.43°24.76°±9.83°24.67°±8.45°25.13°±8.54°22.41°±7.01°30.72°±9.34°22.01°±7.98°26.68°±8.63°22.86°±8.78°21.04°±8.78°19.34°±7.32°右側外展角度34.54°±3.98°32.85°±11.32°23.54°±10.53°23.78°±9.51°24.83°±9.41°23.06°±6.91°31.22°±8.41°21.91°±8.18°25.81°±9.38°23.24°±9.13°20.84°±9.21°20.43°±8.24°t值2.563 2.983 1.863 1.345 3.383 2.871 2.124 2.435 2.371 2.414 2.172 2.981 P值0.013 0.004 0.068 0.184 0.001 0.006 0.038 0.018 0.021 0.019 0.034 0.004

二、數(shù)字技術優(yōu)勢

近年來，數(shù)字技術不斷發(fā)展并融入臨床，三維重建、模擬手術等方法進入臨床實踐并得以廣泛應用，部分基于3D打印技術的假體或替代物也已開始用于輔助重建手術。針對本研究來說，數(shù)字技術的優(yōu)勢在于可以對三維重建后的模型進行細致的觀察，再通過模擬手術嘗試不同的置釘方案。同時，現(xiàn)有的數(shù)字技術可實現(xiàn)模型透明化等操作，能對螺釘和骨的位置進行細致觀察。因此，本研究選擇此技術進行模擬手術，擬通過對現(xiàn)有置釘技術進行驗證和改進，嘗試尋找相對簡單、準確、通用的胸椎椎弓根螺釘置釘方案。

三、本研究采用的置釘方法

本研究以數(shù)字技術為研究手段，嘗試摸索一種適用于各節(jié)段胸椎的椎弓根螺釘置釘方案，對置釘方案的考慮和設想包括：①進釘點統(tǒng)一，無需根據(jù)不同節(jié)段進行調整；②進釘點易于確認，有醒目的解剖標志作為參考，術中易于顯露；③進釘角度盡量統(tǒng)一，無需根據(jù)節(jié)段進行調整；④進釘角度在冠狀面上外展角度以棘突作為參考，以便觀察；⑤外展角度盡量減小，以避免肋骨干擾；⑥矢狀面進釘角度的參照物易于觀察和確定。

通過文獻復習，F(xiàn)ennell等［6］介紹的方法最接近本研究的要求，故借鑒其方法并加以調整，采用其定義的進釘點，即上關節(jié)突外緣與橫突上緣交點向尾側3 mm處，通過本研究的觀察，此進釘點可以滿足置釘要求，即使少數(shù)病人在此釘點不能按照推薦的方法完成置釘，也可以通過調整進釘角度實現(xiàn)置釘。Fennell等［6］定義的進釘角度是矢狀面垂直于胸椎的曲度，在實際操作中不易觀察和確定，我們采用上一椎體的下關節(jié)突和擬置釘椎體的下關節(jié)突連線作定位參考，使置釘角度在矢狀面上垂直于該連線；再在冠狀面上調節(jié)外展角度，與Fennell等［6］采用的角度為：T1、2為 30°，其余胸椎為 20°，經(jīng)過我們的測量，各節(jié)段外展角度的平均值如表1，較Fennell等［6］介紹的方法略有差異；同時，我們也觀察到，螺釘外展角度的分布較為離散，雖因樣本數(shù)量有限不能精確定義其離散程度，但這一現(xiàn)象說明胸椎椎弓根的解剖結構個體化差異較大。通過本研究左右兩側外展角度的比較也可看出，多數(shù)椎體雙側椎弓根螺釘?shù)耐庹菇嵌却嬖诓町悾紤]導致此差異的原因可能與胸椎椎弓根解剖結構復雜有關。同時胸椎椎弓根螺釘置釘區(qū)域周圍重要結構多，一旦發(fā)生誤置易出現(xiàn)嚴重并發(fā)癥，因此建議在術前對椎弓根平面CT等影像學資料進行詳細觀察，對椎弓根直徑細小或角度變異的病人，必要時行三維重建及模擬置釘，以確保置釘安全。

在行椎弓根螺釘置入手術時，應根據(jù)術中的實際情況調整置釘方案，同時應高度重視置釘時的手感［25］，經(jīng)驗豐富的術者通過器械反饋的手感能準確感受螺釘周圍骨質的環(huán)抱情況，進而推測置釘質量，脊柱外科醫(yī)師應有意識地體會這種難以量化描述的術中經(jīng)驗和體會，以不斷提高手術技能［26］。雖然有研究者出于保護術者的目的建議合理減少透視次數(shù)甚至不透視［27］，我們仍建議術中于置定位針及完成置釘后行常規(guī)透視，如遇不順利或手感欠佳，應增加透視次數(shù)以及時調整，避免并發(fā)癥，為減少輻射損傷，可對病人重要部位進行保護，在透視時術者可利用鉛屏等用具進行防護。

因條件所限，本研究所包含的樣本數(shù)量有限，這是本研究最大的不足之處，此數(shù)量的樣本不能完全代表中國人胸椎解剖學特征，只能初步反映相關的解剖學特點和規(guī)律，而且僅對螺釘角度進行了分析，未深入探討可應用螺釘?shù)膶挾?、長度等數(shù)據(jù)，但我們認為本研究證明此方法有一定應用價值，因此可進一步擴大研究范圍，在深入研究的基礎上不斷完善，以形成可應用于臨床實際的手術方法；另外，三維重建雖可以最大程度地進行模擬觀察甚至虛擬手術，但仍不能完全取代實體操作，在現(xiàn)實操作中，仍可能存在穿刺困難等問題，需在實體操作中進行摸索，因此，在后期研究中，可通過在3D打印的實體模擬上進行手術，完善操作相關技術細節(jié)，并逐漸過渡到尸體模型實驗，才能最終應用于手術操作。