計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航熱塑膜系統(tǒng)定位經(jīng)皮椎弓根螺釘植入的可行性研究.pdf

1、目的：椎弓根螺釘是脊柱外科發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，被廣泛應(yīng)用于脊柱創(chuàng)傷、腫瘤、畸形和退行性病變中。傳統(tǒng)開(kāi)放椎弓根螺釘植入術(shù)由于過(guò)度剝離椎旁肌，導(dǎo)致創(chuàng)傷大，出血多，肌肉去神經(jīng)支配、萎縮和疼痛。因此，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始采用微創(chuàng)椎弓根螺釘植入術(shù)。由于椎弓根的解剖學(xué)變異較多，經(jīng)典的Magerl透視方法和正側(cè)位透視法不能完全滿足經(jīng)皮椎弓根螺釘植入術(shù)高精確性的要求。為此，各種導(dǎo)航和機(jī)器人輔助技術(shù)被應(yīng)用于脊柱外科，大大提高了經(jīng)皮椎弓根螺釘植入的準(zhǔn)確

2、性。然而，目前所有應(yīng)用于經(jīng)皮椎弓根螺釘植入術(shù)的導(dǎo)航和機(jī)器人輔助技術(shù)均基于C型臂或O型臂影像，這些影像在胸椎、肥胖患者和嚴(yán)重骨質(zhì)疏松患者成像質(zhì)量不高，影響導(dǎo)航準(zhǔn)確性。尚缺乏基于CT影像的經(jīng)皮椎弓根螺釘植入技術(shù)。
　　計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航熱塑膜系統(tǒng)由我院率先引用到骨科，是一種基于CT影像的導(dǎo)航系統(tǒng)。該技術(shù)已經(jīng)在骶髂關(guān)節(jié)脫位和無(wú)移位髖臼前后柱骨折的經(jīng)皮固定術(shù)中表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。根據(jù)目前經(jīng)皮椎弓根螺釘植入術(shù)面臨的問(wèn)題以及對(duì)計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航熱塑膜系統(tǒng)的了

3、解，我們將該技術(shù)應(yīng)用于經(jīng)皮椎弓根克氏針植入術(shù)中，以評(píng)估其可行性和準(zhǔn)確性。
　　方法：采用計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航熱塑膜定位系統(tǒng)，在每個(gè)尸體標(biāo)本的T12和L2雙側(cè)椎弓根經(jīng)皮植入2.5mm克氏針，共6個(gè)標(biāo)本，每個(gè)標(biāo)本植入4枚克氏針。具體方法如下：將尸體標(biāo)本以俯臥位置于定位系統(tǒng)的底板上。取熱塑膜置于62℃恒溫水箱中加熱，待熱塑膜變軟后將其覆蓋于標(biāo)本腰背部，使熱塑膜盡量與標(biāo)本表面貼敷，并將其兩側(cè)固定于底板上。熱塑膜隨著溫度下降，逐漸變硬，形成熱塑膜

4、、標(biāo)本和底板三者合一的手術(shù)單元。將手術(shù)單元置于CT檢查臺(tái)上，應(yīng)用三維激光定位儀在熱塑膜上確定一個(gè)與CT掃描方向一致的任意平面。在此平面上選擇非同一直線上的三個(gè)點(diǎn)用鉛粒標(biāo)記，作為影像學(xué)的基準(zhǔn)平面，此平面要在CT掃描范圍之內(nèi)。以L1為中心進(jìn)行薄層CT掃描(層厚為2mm)，將所獲CT影像數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D像處理計(jì)劃系統(tǒng)工作站。通過(guò)圖像處理計(jì)劃系統(tǒng)工作站確定3個(gè)鉛點(diǎn)所標(biāo)記的基準(zhǔn)平面，并在此平面上確定空間坐標(biāo)原點(diǎn)，即(0，0，0)點(diǎn)。重建與T12上下終

5、板平行的層面，層厚為1mm。選取T12椎弓根最寬的層面，在該層面上確定最佳置釘方向，該置釘方向與標(biāo)本背側(cè)體表交于一點(diǎn)，記作A點(diǎn)。在該平面上作最佳置釘方向的垂線，并向身體兩側(cè)延長(zhǎng)，與標(biāo)本體表的熱塑膜分別交于B、C兩點(diǎn)。參照原點(diǎn)，可以確定A、B、C三點(diǎn)的空間坐標(biāo)，將所得坐標(biāo)值輸入三維激光定位系統(tǒng)，即可自動(dòng)將激光定位到標(biāo)本表面的熱塑膜上。用記號(hào)筆標(biāo)記激光所指A、B、C三點(diǎn)，通過(guò)三維瞄準(zhǔn)器即可確定進(jìn)針點(diǎn)和進(jìn)針?lè)较?。沿三維瞄準(zhǔn)器給出的路徑，以電鉆

6、經(jīng)皮鉆入2.5mm克氏針。用同樣的方法行L2椎弓根克氏針植入術(shù)。置入克氏針后，以L1為中心進(jìn)行薄層CT掃描，觀察克氏針位置，并利用圖像處理計(jì)劃系統(tǒng)工作站獲取實(shí)際針道的坐標(biāo)。記錄計(jì)劃進(jìn)針點(diǎn)和出針點(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)際進(jìn)針點(diǎn)和出針點(diǎn)坐標(biāo)；利用坐標(biāo)計(jì)算出計(jì)劃進(jìn)/出針點(diǎn)和實(shí)際進(jìn)/出針點(diǎn)之間的空間距離，并做統(tǒng)計(jì)學(xué)分析；在椎體軸位像上測(cè)量實(shí)際針道在計(jì)劃釘?shù)阑A(chǔ)上偏離的角度；記錄克氏針穿出椎弓根周圍皮質(zhì)及侵入椎間小關(guān)節(jié)的數(shù)量；記錄熱塑膜系統(tǒng)的術(shù)前準(zhǔn)備時(shí)間。

7、r>　　結(jié)果：此次實(shí)驗(yàn)6個(gè)尸體標(biāo)本共植入24枚克氏針。計(jì)劃進(jìn)/出針點(diǎn)和實(shí)際進(jìn)/出針點(diǎn)的坐標(biāo)差值與理想差值0mm之間的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。計(jì)劃進(jìn)針點(diǎn)和實(shí)際進(jìn)針點(diǎn)之間的距離(d1)的中位數(shù)為3.04，四分位數(shù)間距為1.69，計(jì)劃出針點(diǎn)和實(shí)際出針點(diǎn)之間的距離(d2)為3.45±1.21mm。椎體軸位像上實(shí)際針道與計(jì)劃針道相差角度為2.98°±1.62°，實(shí)際針道向計(jì)劃針道內(nèi)側(cè)與外側(cè)偏離的數(shù)目比為17:7。3枚克氏針穿出椎弓根周

8、圍皮質(zhì)，其中2枚克氏針穿出程度在2mm之內(nèi)，1枚克氏針完全穿出椎弓根外側(cè)皮質(zhì)。計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航熱塑膜定位系統(tǒng)的術(shù)前準(zhǔn)備時(shí)間為20min-45min，平均28min，其中鋪熱塑膜時(shí)間4min-6min，平均5min，針道計(jì)劃時(shí)間15min-40min，平均20min，僅開(kāi)始植入的2枚克氏針計(jì)劃時(shí)間超過(guò)30min，其余均在30min內(nèi)計(jì)劃完畢。
　　結(jié)論：計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航熱塑膜定位系統(tǒng)為經(jīng)皮椎弓根螺釘植入術(shù)提供精確的空間定位和穩(wěn)定的路徑導(dǎo)