O型臂导航系统引导椎弓根打孔的实验与临床研究

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中文摘要：自椎弓根螺钉内固定技术引入脊柱外科手术以来，该技术已被全世界脊柱外科领域广泛接受。多项研究证实该技术具有其他脊柱固定技术无可比拟的优势。然而脊柱解剖结构复杂，毗邻重要血管，且神经根紧贴椎弓根内下壁走形。当椎弓根螺钉植入不精准，螺钉穿破椎弓根皮质，常会导致组织损伤，严重时会损伤神经、血管等，因而医生为提高椎弓根螺钉植入的精准度做着长期不懈的努力。识别解剖标志点、术中应用X线正侧位片定位辅助成为椎弓根螺钉植入的常规方法，然而多项研究结果显示该技术植入螺钉的皮质穿破率仍很高。计算机辅助手术导航系统是将手术区域的三维解剖结构及智能工具的空间位置实时显示在计算机上，实现对手术过程的精确引导，辅助医生完成高质量的手术操作。应用较多的有基于术前CT的导航系统和Iso-C3D手术导航，且多项研究结果显示应用上述导航系统辅助椎弓根螺钉植入术，能提高螺钉植入的精准度。但上述两种导航系统也存在一定的不足之处，如前者人工注册过程繁琐、学习曲线陡峭，后者提供的术中实时影像质量不及前者。O型臂导航系统是计算机辅助导航系统的最新发展成果，是由O型臂手术图像系统和StealthStation手术导航系统组成。该系统可在术中采集高质量二维、三维影像并自动完成注册过程从而实时引导手术操作。相比于传统手术技术，应用O型臂导航系统辅助，能否提高椎弓根打孔的精准度？导航显示图像中智能工具的位置是否精准？O型臂导航系统应用于何种手术的临床应用价值最大？本研究将围绕上述问题展开如下。目的: 1.对比研究O型臂导航系统与正侧位X线片引导牛腰椎椎弓根打孔的精准性; 2.以O型臂导航系统辅助牛腰椎椎弓根打孔为手术模型，定量评估导航显示图像中智能探针工具位置的精准性; 3.初步探索O型臂导航系统引导椎弓根螺钉植入术的临床应用。方法: 1.对18具牛腰椎标本4-5个节段两侧椎弓根进行打孔，在每具标本的一侧节段应用O型臂手术导航系统辅助椎弓根打孔即为导航组，另一侧相应节段应用正侧位X线片引导椎弓根打孔即为放射组，两组各完成椎弓根打孔73次，置入克氏针共146枚。分别记录两组椎弓根打孔完成用时，术中应用O型臂手术图像系统三维扫描模式对手术节段进行扫描与重建，术后对手术节段进行经克氏针平面的CT扫描，分别评估克氏针置入的精准度。 2.在第一部分导航组打孔终末时，测量智能探针轴位图像中探针的置入深度即虚拟深度，术后测量经克氏针水平的CT图像中牛骨皮质到克氏针置入尖端的距离即实际深度。应用Adobe Photoshop CS4软件中的角度测量工具测量虚拟角度及实际角度，虚拟角度指智能探针轴位图像中探针与牛腰椎棘突轴线的夹角，实际角度指O型臂手术图像系统经克氏针水平的三维重建图像中克氏针与牛腰椎棘突轴线的夹角。分析虚拟深度值与实际深度值、虚拟角度值与实际角度值有无统计学差异。 3.应用O型臂导航系统辅助6例手术共33枚椎弓根螺钉植入，记录该系统首次扫描及工具认证时间、辅助椎弓根螺钉植入时间与再次扫描时间，术中应用O型臂手术图像系统三维扫描模式对手术节段进行扫描与重建，评估椎弓根螺钉植入的精准度。结果: 1.术后CT图像显示，放射组克氏针置入Ⅰ级（完全置于椎弓根内）33枚(45.2％)，Ⅱ级（穿破内或外侧壁但未完全置于椎弓根外）29枚(39.7％)，Ⅲ级（完全置于椎弓根外）11枚(15.1％)。导航组克氏针置入Ⅰ级54枚(74.0％)，Ⅱ级19枚(26.0％)，无一枚Ⅲ级克氏针置入情况。两组差异有统计学意义(x2=15.44，P＜0.05)。O型臂三维重建图像评估克氏针置入精准度的评级结果与术后CT评估结果差异无统计学意义(Z=-1.213，P=0.225)。放射组平均打孔时间是6.4 min，导航组平均打孔时间是3.7 min，差异有统计学意义（t=27.97，P＜0.05）。 2.虚拟深度值大于实际深度值，差异有统计学意义（t=6.981，P＜0.01），差异均值是0.88 mm。虚拟角度值小于实际角度值，差异有统计学意义（t=-2.797，P＜0.01），差异均值是-0.57°。 3.在植入的33枚螺钉中，Ⅰ级椎弓根螺钉28枚(84.8％)，Ⅱ级椎弓根螺钉5枚(15.2％)，无一枚Ⅲ级螺钉。O型臂手术图像系统首次定位手术区域、扫描及工具认证时间平均是8分40秒，O型臂导航系统辅助单个椎弓根螺钉植入时间平均是8分45秒，O型臂手术图像系统再次定位手术区域、扫描时间平均是3分56秒。结论: 1.应用O型臂手术导航系统辅助，能提高椎弓根打孔的精准性、降低手术医生的辐射暴露及缩短椎弓根打孔手术时间。 2.在应用O型臂手术导航系统辅助牛腰椎椎弓根打孔手术中，相对于导航显示图像中智能探针工具的虚拟影像，实际打孔孔径向椎弓根内侧壁偏移。 3.应用O型臂导航系统辅助椎弓根螺钉植入精准度低于同类文献报道，应用该系统辅助手术过程中的前期准备工作时间长，一定程度地延长了手术时间。

作者：

郭乃铭

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关键词：

O型臂导航系统椎弓根精准度打孔实验螺钉内固定脊柱外科

授予学位：

博士

学科专业：

临床医学

导师：

周跃

学位年度：

2013

学位授予单位：

第三军医大学

语种：

中文

中图分类号：