郭家良(综述)，侯志勇(审校)

(河北医科大学第三医院创伤急救中心，河北省骨科生物力学重点实验室，河北 石家庄 050051)

自20世纪50年代，Boucher等[1]提出椎弓根螺钉并由Roy-Camille等[2-3]进行推广后，使得胸腰椎骨折等脊柱疾病患者的治疗有了新方法。随着椎弓根钉的广泛应用，其造成的医源性损伤逐渐被大家认识，并促使医学界应用C型臂辅助透视、CT导航等多种手段来提高置钉的准确性，如术后X线、CT来验证手术置钉的准确性，而如何提高术中置钉的准确性，一直是医学界争论的焦点。

1 X线透视技术提高椎弓根螺钉透视准确性

最为传统的方法为常规正侧位透视法，正位X线片用来判断椎弓根钉偏内偏外的情况，当椎弓根钉穿过中线时，常常判断为置钉偏内；侧位X线片用来判断所置椎弓根钉的头尾侧偏移情况，以免误伤神经根,可以观察椎弓根钉是否穿透上下方椎板，以调整椎弓根的入钉角度。Lee等[4]对48例因各种颈椎疾病需行颈椎融合术的患者进行颈椎弓根螺钉固定，分析了正位X线片上205枚螺钉，其螺钉顶端与侧块外侧缘、其尖端与椎钩关节的位置关系。①头部与侧块之间的位置关系分为3种，螺钉顶端的核心与侧块外侧缘相交被称为居中，当核心位于侧块边缘内侧且与该边缘分离时被称为偏内，位于外侧且不与外侧边缘相交则为偏外；②通过螺钉尖端与上下椎钩关节区域内外侧缘的位置关系，将尖端的位置分为3类，位于椎钩关节区域内侧定义为“位置0”，之间为“位置1”，外侧为“位置2”，通过虚拟的标准螺钉长度(应用公式1△侧位=虚拟标准螺钉长度-测量的螺钉长度，2△正位=△侧位×tanα 来对螺钉的位置进行标准化)并通过术后CT进行验证，得出理想的位置，螺钉的顶部位于颈椎侧块的外缘(居中)，螺钉尖端位于椎钩关节的内侧(“位置0”)，此种置钉手段很大程度上避免了椎弓根钉穿透皮质，从而防止了并发症的发生，故术中单纯X线摄像是能够帮助辨别可能穿出椎弓根的螺钉，以便于术中的调整。

G型臂的出现，极大方便了术者对于术中置钉准确性的监测，是从C型臂演化而来的设备，方便了术中操作，减少了不必要的操作污染，提高了椎弓根钉的置入的准确性，使经皮椎弓根置入得以在基层医院发展。

椎弓根轴位透视在颈椎、腰椎置钉过程中有着很实用的价值。椎弓根轴位是指导螺钉置入的标准透视位置，Idler等[5]对326枚经皮椎弓根螺钉的置入进行分析( L3～S1)，通过轴位也被称作“鹰眼位”的透视方法得出，轴位相可以大大提高螺钉置入的准确性。 Yukawa等[6]报道了144例患者行颈椎弓根固定，通过应用椎弓根轴位技术，620枚螺钉中有57例显示已经穿出椎弓根壁，但是螺钉直径的50%以上仍然位于椎弓根内；24例留在椎弓根内的螺钉直径<50%。正轴位相的获得，可能需要大量术中透视，而且由于术中存在诸如较为粗大的螺钉头部、各种麻醉监测设备以及定位框架，可能使得椎弓根轴位相不能在临床工作中发挥其应有的作用，这也促进了我们通过研究术中正侧位透视方法来提高置钉的准确性。

腰椎双斜位透视，患者仰卧位,健侧身体抬高使其冠状面与检查床面成 45°角，标准的腰椎斜位片应该包括腰椎及腰骶关节;各椎弓根投影于椎体影像中或前 1/ 3 处,受检侧椎间关节间隙呈切线状,投影于椎体后 1/ 3;椎间隙显示良好,第 3 腰椎上、下面的两侧缘应重合为一致密线状影,无双重影像;与椎体相重叠的椎弓部骨质结构,显示应清晰分明;无明显伪影;层次丰富,对比良好，双斜位有助于观察椎体的微小结构，但其临床应用价值不及颈椎的双斜位[7]。

2 机器人辅助技术辅助术中置钉

机器人辅助系统包括：①一个有部分移动度的可拆卸的圆柱形装置；②一个工作站，能够便于术前计划、术中影像资料的获取与注册、运动计算以及机器人移动的实时监测。为了改善置钉的准确性，Marcus等[8]在对246篇文献进行筛查后，对机器人辅助和影像学辅助置钉做了一个系统全面的回顾性研究，并对置钉准确性、术中放射剂量、手术时长等方面进行了汇总。考虑到机器人所需的高昂治疗费用，以及有待出现的更高质量的验证文献之后认为，机器人的应用还需要大量临床实践来进行验证。

3 计算机技术与X线技术、CT技术相结合提高椎弓根置钉的准确性

X线与计算机技术、光学、电磁学或者声学技术相结合产生了二维、三维导航系统来指导椎弓根钉置入。二维导航系统是一种较早的导航系统，是X线与导航技术相结合的产物。等中心C型臂的出现令X线也能呈现三维立体图像[9-10]。电磁导航系统由于电磁的干扰，近些年来，其发展速度明显低于其他导航系统。

CT与计算机技术相结合，实现了置钉的多方位查看、以及实时监测，Gebhard等[11]报道该项技术使椎弓根螺钉植入的正确率达90%以上。基于光学红外线技术基础产生的影像三维导航系统，需要影像的获取，将数据输入工作站；手术计划的制定；以及实现影像空间与手术空间的配对，以免因体位的改变造成误差，影响置钉的准确性。导航系统主要由动态定位框架、红外摄像机、计算机工作站等设备构成。Assaker等[12]对80例椎弓根钉进行分组，发现影像辅助椎弓根置入术，其发生椎弓根钉穿破的概率要小于单单依靠X线技术的概率，且成像技术能够准确地提供椎弓根轴位相，这对椎弓根的置入有很大的指导意义。

锥形束CT(cone-beam CT，CBCT)是一种新型计算机断层成像技术，具有影像分辨率高、扫描时间短、操作简单、放射剂量小等优势，因此基于CBCT的影像导航技术开始逐渐用于脊柱外科手术。CBCT与普通螺旋CT的最大区别在于普通螺旋CT的投影数据是一维的，重建后的图像数据是二维的，重组的三维图像是连续多个二维切片堆积而成的，其图像金属伪影较重。而CBCT的投影数据是二维的，重建后直接得到三维图像[13]。

CBCT的代表之一为O型臂。新一代便携式CT扫描仪O型臂的出现，为术中的定位提供了很大帮助，能提供标准二维以及三维立体图像，其特点包括与传统手术台的兼容性，较高的图像分辨率，能够大范围的覆盖术区，其圆形设计在不需要重新定位的前提下，实现多平面的图像采集，匹配的二极管射线接收器可以与导航系统联合应用，从而实现自动注册,其另外一个优点就是及时纠正错误，避免了二次手术。

Sembrano等[14]在对100例患者应用O型臂后发现，其能够有效地检出腰椎减压术后残留狭窄、误置椎弓根钉以及神经纤维瘤相关脊柱侧凸的椎弓根短小畸形。Santos等[15]应用O型臂对9具尸体(C2 to S1)共419枚螺钉进行研究，以切开椎体辨认作为检验椎弓根钉置入准确性的金标准。将螺钉的位置分为3组，居中组、偏内组与偏外组，胸腰椎置钉的准确率、特异度、敏感度、阳性预测值与阴性预测值分别达到73%、76%、71%、74%、72%。对于颈椎置钉的准确性稍差。而之后作者再此基础之上，通过统计学分析得出，结合术者凭经验对螺钉进钉点位置的感知，可以进一步增加该种技术的准确性[16]。O型臂的应用，并不能显著提高椎弓根置钉的准确率，但在置钉所花费的时间方面以及术者所受的放射剂量方面，较C型臂组有明显减少[13]。Gianaris等[17]应用该项新技术，对10例脊椎病变的患者直接行经皮椎弓根螺钉植入术，既避免了术中应用克氏针可能对周围神经血管的损害，也防止了克氏针可能出现的弯曲、变形，从而导致置钉准确性的降低。

导航系统有很多不足之处，其费用昂贵，不利于基层医院开展。虽然O型臂的出现，实现了自动注册、实时术中监测，而且不需要对点匹配以及表面匹配，但光学导航系统自身存在的不可避免的术中对光学信号传导的遮挡问题，仍有待解决,此外，追踪器距离定位椎体越远，如果超出3个阶段，那么其穿透椎弓根的概率可以显著增高，当位于2个以内时，其概率可以减半。

由此有人提出了应用导航模板，根据患者脊柱后方的解剖结构，利用逆向工程原理以及快速成形技术生成个体化模具，用于指导术中椎弓根钉的准确置入。将螺旋CT的扫面结果输入到工作站内，通过三维重建软件将目标椎体进行重建，从而设计最佳孔道及所需要的螺钉直径，然后利用快速成形技术生产出相应的导航模板。Merc等[18]通过对20例患者进行试验结果得出，在导航模板组，椎弓根钉穿出皮质的概率相比较利用人工触摸定位，减少了许多。Ma等[19]通过对20具胸椎标本共240例椎弓根螺钉进行研究发现，导航模板应用于胸椎同样能明显减少螺钉的误置率，而且与人工置钉相比较，明显缩短了技术的学习周期，有利于临床推广。但该项技术也存在许多缺陷，模板需要同相应的骨性解剖结构相匹配，才能实现准确置钉，故术中将相应椎体背侧的软组织剥离干净，对骨性结构不能有任何破坏，术中导航模板不能有任何的移位、滑动，才能保证其紧密贴合于相应的骨性解剖结构。也有学者[20]通过自制的椎弓根定位导向器，来提高颈椎椎弓根螺钉植入的准确性。贾卫斗等[21]运用该种方法治疗了193例下颈椎伤患者，成功率达到98.07%。

Gelalis等[20]对比分析利用人工置入、X线辅助以及导航系统进行椎弓根钉的置入，X线辅助时的准确率为81%～92%，导航辅助时的准确率为89%～100%。

4 总 结

如何在术中找到一种真正简单易行的透视方法，来提高术中置钉的准确性从而及时更改螺钉位置,研究者及临床工作者们在各个领域都有广泛的尝试，但是对于导航、轴位等的准确性，还有待于进一步考证，相信不久的将来必将会出现一套完整的术中系统，可以为脊柱椎弓根置入术提供一个良好的平台，从而减少不必要的医源性损伤。

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