潘紫麟，劉慶鵬

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院骨科，哈爾濱150001)

近20年來，椎弓根螺釘內固定結合椎體融合技術在脊柱腫瘤、畸形、創(chuàng)傷、退行性疾病等治療中被脊柱外科醫(yī)師普遍接受［1］，其在脊柱三柱固定生物力學方面具有明顯的優(yōu)越性，且應用日趨普遍。由于椎弓根解剖結構特殊且毗鄰重要解剖結構(如內部的脊髓、下方的神經根、椎體前方的大血管)，若椎弓根螺釘放置位置不準確，螺釘穿破椎弓根皮質，將直接威脅周圍的脊髓、神經、血管，尤其是頸椎和上胸椎椎弓根等鄰近解剖關系，故置釘操作必須準確無誤，才能避免損傷發(fā)生［2－3］。計算機輔助導航技術產生并逐漸發(fā)展，目前已形成較為成熟的體系，包括成像、光學導航、專用的脊柱手術器械、動力輔助設備和神經監(jiān)測系統等，并已在椎弓根螺釘置入、人工間盤置換等手術中應用，具有高精度、安全、微創(chuàng)、低輻射暴露等特點。計算機輔助導航技術通過立體定位、動態(tài)追蹤等技術實時顯示手術器械與解剖結構的相對位置，可避開危險區(qū)并直達手術靶點灶，減少患者創(chuàng)傷。隨著手術微創(chuàng)化的發(fā)展，更加迫切需要安全有效的手術輔助技術。現就計算機輔助導航技術在脊柱外科領域的臨床應用予以綜述。

1 目前應用較廣的計算機輔助導航系統

目前，基于術前及術中患者的影像學信息，通過計算機將手術與三維立體定位、圖形處理、可視化技術結合，動態(tài)顯示內固定物與解剖結構相對位置的計算機輔助導航系統已較為完善，能夠輔助醫(yī)師進行手術操作，且術中成像技術從平面透視、可移動CT發(fā)展至O型臂。目前脊柱外科手術中使用的計算機輔助導航系統包含成像、光學導航、專用脊柱手術器械、動力輔助設備和神經監(jiān)測系統，通常與O型臂共同使用，構成較為成熟的脊柱外科導航體系［4］。

O型臂系統是脊柱外科中具有顛覆性的技術進步之一，也是第一個可移動并可在術中360°旋轉的錐束CT。與傳統導航系統相比，O型臂系統具有以下優(yōu)點:①可開閉式O臂，可以從患者側方進入導航區(qū)域，并同時包繞手術臺和患者，消除了獲取三維影像時的成像器碰撞以及與其他手術設備空間位置的相互干擾，使成像更加精準。②與Iso－C型臂和三維C型臂不同，O型臂以360°圓形軌跡獲取投影數據，從而對大量數據進行最佳數據采樣，消除了因投影圖像有限而需要人工重建的過程。③O型臂成像器頂端的光學追蹤器可自動注冊。有學者證實，與基于CT的導航技術相比，O型臂導航系統不需要進行點對點匹配，并可識別O型臂和附著在患者脊柱上的光學追蹤器框架，通過自動注冊減少相關操作時間［5］。④減少了術中的輻射暴露量，O型臂導航技術可實時獲取手術器械和解剖結構的位置，不需要術中反復透視，輻射暴露量較傳統脊柱手術明顯降低。O型臂手術導航系統的術中輻射暴露量較64排螺旋CT減少50%［6］，Abul－Kasim等［7］研究發(fā)現，在保證成像信息準確的前提下，降低O型臂電壓、電流等掃描參數可適當減少術中輻射暴露。

隨著脊柱導航技術的發(fā)展，輔助手術器械也不斷發(fā)展，如動力系統。由于脊柱外科手術需要反復徒手進行大量操作，故脊柱外科醫(yī)師的慢性損傷很常見，而動力系統可以解決上述人體工程學問題，并且能夠加快手術進度［8－9］。術中神經電生理監(jiān)測通過探針實時檢查神經功能，不僅能輔助判斷椎弓根釘位置，還能夠兼容器械和神經根，因此在椎弓根置入時，可通過神經電生理監(jiān)測直接了解神經功能完整性，防止因操作導致的神經及脊髓損傷［10］，提高手術的安全性。因此，術中神經電生理監(jiān)測聯合計算機輔助導航系統有助于提供安全反饋。

2 計算機輔助導航技術在脊柱外科相關應用

2.1 計算機輔助導航技術在椎弓根置釘方面的應用 傳統徒手置釘往往需要具有豐富臨床經驗的高年資醫(yī)師進行操作，但也存在穿透椎弓根壁的風險，且頸段椎體的解剖結構較胸腰段椎體更復雜，解剖變異率較高，周圍神經血管走行復雜，操作風險更大。計算機輔助導航技術有助于術者實時獲取椎弓根螺釘和椎弓根的位置，從而確保置釘的進針方向及深度，提高手術操作的安全性及準確性。Fichtner等［11］對2 232例胸椎或腰椎手術患者進行回顧性分析表明，三維熒光透視導航可以顯著降低術后翻修率。Rivkin和Yocom［12］對266例共置入1 651枚椎弓根螺釘的患者進行回顧性分析發(fā)現，O型臂系統提高了置釘準確率，椎弓根螺釘的破壞率為5.3%。Tang等［13］的Meta分析顯示，計算機輔助導航置釘可以提高置釘的準確性。Wood和Mannion［14］發(fā)現，術中CT導航技術的置釘準確率高于術前CT圖像導航技術，且術中CT導航技術可在螺釘置入同時監(jiān)測腰神經根神經，從而進一步提升置釘的準確率。在冠狀面上，L5椎弓根輪廓為斜橢圓形，置入螺釘時易穿透中下部椎弓根皮質，導致神經根損傷。韓驍等［15］的研究顯示，應用計算機輔助導航可以明顯提高術中L5水平置釘的準確性和安全性，尤其適用于腰椎滑脫和小關節(jié)肥大。

計算機輔助導航在頸椎節(jié)段置釘方面的研究亦較多。Theologis和Burch［16］通過一項回顧性分析總結了術中計算機輔助導航頸椎椎弓根螺釘置入的安全有效方法，并發(fā)現術中計算機輔助導航椎弓根螺釘置入的安全率超過99%，且無神經血管損傷。Hur等［17］證實，術中計算機輔助導航對高位頸椎置釘有益。Carl等［18］對C1～2骨折患者不同置釘方式進行比較，證實術中計算機輔助導航置釘的準確性更高。

胸椎椎弓根較腰椎椎弓根細小，胸椎置釘的準確性對于胸椎手術的成功率極其重要，尤其是T4～6水平。此外，胸椎椎弓根內側壁與脊髓之間的“安全區(qū)域”相對較小，且不同患者間的解剖差異增加了該區(qū)域的手術難度和復雜性，尤其是脊柱側彎患者存在不同程度的椎弓根變異或缺失、椎體旋轉、融合等，對術中截骨矯形要求極高。有報道表明，胸椎區(qū)域徒手置釘的置釘失敗率高達15%［19］。Elmi－Terander等［20］總結了增強現實手術導航的臨床應用可行性，提出了增強現實手術導航并將其應用于胸椎置釘，并證實增強現實手術導航胸椎置釘的準確性較徒手胸椎置釘更高。Baky等［21］對217例脊柱疾病患兒(包括107例脊柱側彎患兒)進行研究，徒手置釘組螺釘錯位率高于CT導航組，且有嚴重錯位以及因螺釘錯位返回手術室翻修病例出現，而CT導航組無嚴重錯位及翻修，可見CT導航可以明顯降低術中置釘不準及重新翻修率。Wang等［22］在兒童尸體脊柱樣本上分別評估傳統置釘和應用三維軟件導航模板置釘的準確性，結果顯示導航組放置的20枚腰椎椎弓根螺釘經CT掃描證實螺釘均準確放置在相應椎弓根內，而使用傳統方法置入的20枚腰椎椎弓根螺釘中有3枚刺穿椎弓根，表明三維軟件導航模板可提高小兒椎弓根置螺釘的成功率。

2.2 計算機輔助導航技術在椎體成形術中的應用

經皮穿刺椎體成形術常用于治療骨質疏松性椎體壓縮性骨折，通過注入骨水泥增加病椎強度，緩解疼痛。術中穿刺針置入有誤往往引發(fā)神經損傷等，而計算機輔助導航技術在術前即可重建病椎三維結構并模擬手術操作，同時可觀察終板及椎體前緣后壁裂縫，根據患者情況設計手術方案，確定進針的位置、角度、深度，有助于椎弓根穿刺成功，特別是重度壓縮性骨折患者，由于椎體容量小，易發(fā)生骨水泥滲漏，且穿刺方法與常規(guī)穿刺不同，需在椎弓根中下1/3處平行于椎體或終板進針，以提高操作的安全性。謝清華等［23］研究顯示，計算機輔助導航應用于椎體壓縮患者的椎體成形術治療時，可提高手術準確性、縮短手術時間、恢復椎體高度、緩解疼痛，從而提高患者的治療滿意度。在手術過程中，術者通過三維圖像獲取多平面的穿刺視角，提高穿刺精度，降低穿刺難度，并可觀察骨水泥的分布或泄露情況，提高手術安全性，縮短透視及手術時間，減少并發(fā)癥的發(fā)生。

實驗研究顯示，應用計算機輔助導航技術進行手術的輻射量明顯低于傳統透視，在單平面或雙平面透視下進行的傳統經皮穿刺椎體成形術治療，無法獲得z軸圖像;當椎體骨折存在嚴重畸形時，二維透視引導下難以準確穿刺，需進行CT掃描，導致輻射劑量增加［24］。Izadpanah等［25］比較計算機輔助導航與常規(guī)透視輔助下的后路經皮穿刺球囊椎體成形術發(fā)現，使用計算機輔助導航系統可顯著減少患者和術者的輻射暴露。

在計算機輔助導航系統下，手術精確度提高，手術適應證有所擴大，以往認為腰椎壓縮超過3/4、胸椎壓縮超過1/2、椎體后壁骨性結構不完整均屬于手術禁忌證［26］，實際上，適度平臥或過伸可使椎體有一定程度的復位，并在后縱韌帶及硬膜囊完整的情況下，通過計算機輔助導航輔助及術中監(jiān)測輔助，小心精準地注入骨水泥，故可適度拓寬手術適應證。近年出現的椎體成形術聯合內固定術，可進一步增加病變椎體的支撐作用，促進椎體高度及活動度的恢復，隨著計算機輔助導航的逐漸應用，微創(chuàng)領域椎體壓縮性骨折的治療將有新的發(fā)展。

2.3 計算機輔助導航技術在全椎間盤置換術中的應用 對于嚴重椎間盤源性疼痛患者，可行全椎間盤置換術，在鄰近節(jié)段退化、保留節(jié)間功能等方面，全椎間盤置換術優(yōu)于融合術，且并發(fā)癥少見。人工椎間盤的正確放置對于確保術后長期功能和最佳臨床效果至關重要，如果人工椎間盤放置不當，特別是偏心旋轉，可能導致人工椎間盤的受力不對稱，引發(fā)遠期位移。而選擇全椎間盤置換術的患者往往是年輕患者，老年人群往往選擇椎體融合術，因此椎間盤假體的使用壽命、大小合適、放置位置均十分重要。

計算機輔助導航的應用可更好地評估置入物的大小，并最大限度地優(yōu)化置入位置、減少總輻射暴露量、更好地處理切口。大多數全椎間盤置換術術中均通過標準透視熒光檢查法置入和評估置入物位置。每個椎體中線處均放置定位釘，并需要通過透視獲得熒光共線，往往耗時較長，但視差和棘突偏斜等誤差仍可能導致中線評估誤差［27］，其所導致的不對稱性對置入物的準確定位不利。計算機輔助導航全椎間盤置換術的視差效應和不準確性降低。應用0－arm等CT圖像引導三維導航系統，可通過CT掃描(而不是標記螺釘)對中線進行連續(xù)確認，從而連續(xù)、準確地控制棘突和小關節(jié)與假體的相對位置。一項尸體研究顯示，標準透視與CT圖像引導系統過程間的差異無統計學意義［28］。一項非前瞻性非隨機臨床研究對CT圖像引導系統與傳統熒光檢查法輔助下腰椎間盤置換術的準確性進行比較發(fā)現，與傳統熒光透視法相比，CT圖像引導系統偏心位置、軸向不良旋轉、冠狀位傾斜顯著減少，表明CT圖像引導系統輔助的全椎間盤置換術的準確性明顯提高，可考慮常規(guī)用于腰椎間盤置換術［29］。

2.4 計算機輔助導航技術在慢性腰背痛介入微創(chuàng)治療中的應用 相當一部分腰腿痛患者為椎間盤源性和神經源性，除少數患者需開放外科手術治療外，大部分患者會尋求一般治療與創(chuàng)傷較小的介入微創(chuàng)性治療，如射頻熱凝療法、化學溶解療法、低溫等離子椎間盤髓核成型、激光經皮椎間盤減壓療法等。其中治療操作的準確度至關重要，操作誤差可能損害重要神經、組織，計算機輔助導航技術的出現為脊柱病變的微創(chuàng)治療提供了新的選擇，將患者術前影像學資料(如CT、X線)輸入導航系統，通過軟件進行脊柱三維重建，在此基礎上進行術前計劃并模擬手術路線，在相關操作(如射頻針置入)時通過高解像度顯示屏觀察軸位、矢狀位、冠狀位的手術入路以及角度、深度等參數。實際操作過程中，紅外線攝像頭動態(tài)追蹤操作器械位于安全解剖位置，最大限度地避開危險區(qū)，并迅速到達靶點，減少不必要的手術創(chuàng)傷。精確定位是計算機導航手術的核心，目前常用導航設備(電磁導航、光感應導航)的精確度或誤差僅為1.0～1.5 mm［30］。近年來出現一種新的超聲容積導航技術，通過將靜態(tài)或實時聲像圖與術前影像學資料進行圖形處理并融合，利用電磁場跟蹤技術追蹤穿刺針上的微型電磁感應器，在實時超聲引導下輔助定位病變并行穿刺活檢等，彌補了常規(guī)超聲成像因氣體、體型、骨骼等因素干擾不易發(fā)現病灶的不足，具有實時、微創(chuàng)、無輻射等優(yōu)勢。劉彥斌［31］研究顯示，與傳統導航相比，超聲容積導航技術引導下腰椎間孔穿刺的手術時間縮短，輻射量更低。

3 某些情況下計算機輔助導航技術的不足

術中計算機輔助導航在置釘方面具有臨床應用價值，有學者認為，在某種情況下，計算機輔助導航置釘較傳統徒手置釘并無明優(yōu)勢，亦未能完全消除相關手術風險。Hur等［17］研究發(fā)現，術中計算機輔助導航置釘需要豐富的操作經驗并經歷陡峭的學習曲線，且不能完全消除置釘時的皮質損傷率。Kim等［32］對應用術中計算機輔助導航置入C1側塊螺釘和C2椎弓根螺釘的患者進行術后比較分析發(fā)現，術中計算機輔助導航雖可提供更準確的置釘位置，但由于頸椎椎體解剖關系的個體差異性較大，仍需要具有豐富臨床經驗的醫(yī)師操作，以保障手術的安全性。Wagner等［33］的大規(guī)模統計研究顯示，術中應用計算機輔助導航系統的手術時間延長，未顯示出明顯的臨床優(yōu)勢，術后并發(fā)癥發(fā)生率亦未見降低。但Rivkin和Yocom［12］報道，術中計算機輔助導航技術優(yōu)點的實現是以醫(yī)師的學習曲線為前提的，對于經驗不足的術者來說，計算機輔助導航技術并不能達到大量文獻所顯示的高精度。目前計算機輔助導航技術的發(fā)展時間較短，設備昂貴、使用成本高，且術中操作需精確無誤，錯誤導航信息將產生嚴重后果，且術中設備松動等所致的機械性影像漂移、術中病變組織移位引起的結構性誤差均會增加手術風險。隨著計算機輔助導航技術的不斷發(fā)展以及術者操作經驗的不斷積累，計算機輔助導航技術的臨床應用前景仍十分可觀。

4 小 結

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算機輔助導航技術在脊柱外科的應用具有重要的臨床價值。在復雜的(解剖變異、標志點不明確等)脊柱外科手術中，計算機輔助導航技術的應用可以促進手術的精準化、安全化、微創(chuàng)化，同時有助于醫(yī)師理解、計劃和模擬手術。計算機輔助導航技術減少了術中醫(yī)師及患者的放射劑量，提高了手術安全性。目前，計算機輔助導航技術尚未廣泛應用，除設備昂貴、使用成本高外，術中脊柱微動、變形、成像不準確等亦可能造成手術誤差。未來，隨著科技的不斷發(fā)展，計算機輔助導航技術將用于更多脊柱外科疾病的治療。