多層螺旋c三維重建技術輔助下頸椎椎弓根螺釘植入的臨床應用

多層螺旋c三維重建技術輔助下頸椎椎弓根螺釘植入的臨床應用

脊柱弓根技術具有短節(jié)段三柱固定的優(yōu)點，已廣泛應用于下胸椎、腰椎和仙女骨疾病的治療。頸椎由于結構復雜,經椎弓根固定一直被視為高風險手術。自Abumi等首先開展頸椎經椎弓根固定以來,為降低手術風險,國內外學者提出了多種植釘方法,如局部解剖定位法、椎板開窗法、漏斗技術、導航技術等[4,5,6,7,8,9,10,11,12]。其中,局部解剖定位法植釘成功率低;椎板開窗法植釘成功率有所提高,但關節(jié)突受力點破壞,降低了內固定效果;漏斗技術對術者個人技能和臨床經驗要求較高;導航技術增加了手術的精確性,但設備昂貴,難以在基層醫(yī)院推廣。頸椎經椎弓根固定的難點在于頸椎椎弓根變異較大,通用的形態(tài)學數據在臨床植釘時僅可作為大體參考,個體化植釘才是應對椎弓根變異、提高植釘準確率的理想方法。研究表明,多層螺旋CT(multispiralCT,MSCT)三維重建技術可對脊柱進行精確顯示。我們利用MSCT三維重建技術,結合下頸椎標本,進行椎弓根植釘的術前評估、植釘參數的個體化測量及術后穿破率測評,以期利用現有醫(yī)療設備提高下頸椎椎弓根植釘的安全性。1材料和方法1.1儀器和儀器8具防腐處理頸椎標本,80個下頸椎椎弓根。供體均為男性;年齡16~65歲,平均41.5歲;為非頸椎相關疾病死亡,由昆明醫(yī)學院解剖實驗室提供。MX8000型64層MSCT、SGI02Workstation4.01隨機工作站(Philips公司,美國);C臂X線機(GE公司,美國);常規(guī)頸椎后路器械、磨鉆(Stryker公司,美國);頸后路椎弓根螺釘及植入器械(深圳司得瑪醫(yī)療器械公司);電子游標卡尺(精度0.01mm,上海臺海工量具有限公司);游標萬能角度尺(精度2’,成都成量工具有限公司);水泡水平儀(精度25’,/2mm,北方精密水準儀器實業(yè)有限公司);自制角度定位器、側塊切線測量器。1.2實驗方法1.2.1掃描層和層厚視野180mm,電壓120kV,電流200mAs,螺距0.875,掃描時間0.75s/周,矩陣512×512,掃描層厚1.3mm,三維重建層厚0.6mm。1.2.2腰椎弓根重建檢測對8具標本進行容積掃描,采集的數據傳送至工作站,然后以容積成像(volumerendering,VR)和多平面重組成像(multi-plannarreformation,MPR)為技術手段,進行三維重建及測量。(1)VR重建:為避免對目標區(qū)遮擋,切除非目標結構區(qū);通過動態(tài)各向旋轉判斷病情,確定手術節(jié)段、手術方式及標記術中參考解剖標志點(圖1)。(2)MPR重建及測量:以目標椎體作為骨性標志,參照VR信息,選定目標椎體,采用統(tǒng)一窗寬(1500)、窗位(350)進行軸位、矢狀位、冠狀位重建及測量。軸位重建:調整目標椎體的雙側椎弓根呈最寬、對稱顯示,同時保持重建的橫斷面與雙側椎弓根中心軸線一致。該軸線即為椎弓根理想釘道,其與側塊平面的交點即為理想入釘點(E點)。測量指標:E點至椎體前緣的釘道長度即為椎弓根軸位骨性通道全長(totalpediclelengthofaxialview,TLa);椎前與棘突后緣兩中點的連線為椎體中軸線,該線與椎弓根中軸線的交角即為外展角;E點至側塊切線的垂直距離,即為E點在側塊平面的橫坐標(XE)。見圖2a。矢狀位重建:沿雙側椎弓根中軸線進行矢狀位重建,調整與軸位相等的外展角,保持該中軸線為兩切面的同一理想釘道。測量指標:該線與側塊平面的交點即為E點,測量并同時調整E點至椎體前緣的釘道長度(totalpediclelengthofsagittalview,TLs),使其最大程度與TLa相等,再次確保該中軸線的唯一性;該線與側塊平面的夾角為頭傾角;E點至該椎體下關節(jié)突尖端的距離即為E點在側塊平面的縱坐標(YE)。見圖2b。冠狀位重建:在雙側椎弓根最窄處作垂直于椎弓根的冠狀面重建,觀察椎弓根橫截面形態(tài)有無變異。測量指標:雙側椎弓根內外徑,以選擇螺釘最佳直徑,包括椎弓根峽部皮質骨高度(pedicleheight,PH)、皮質骨寬度(pediclewidth,PW)、松質骨高度(pediclespongyheight,PSH)、松質骨寬度(pediclespongywidth,PSW)。見圖2c。以上10個參數每個椎弓根均測量3次,取均值作為該椎弓根的個體植釘參數(表1)。1.2.3回采角度定位器時的定位安裝將標本固定于臺架上,校準水平,作頸椎后路常規(guī)正中切口,顯露MPR測量的下頸椎側塊,不需過多分離周圍軟組織。根據術前所測參數用電子游標卡尺標識E點至目標椎下關節(jié)突尖端最低點的距離,側塊切線測量器標識出E點至目標椎體同側側塊最外側緣的距離,確定入點。磨去入點表面骨皮質。角度定位器上預設出需穿刺椎弓根的理想外展角、頭傾角,用水平儀對定位器進行校準后,將角度定位器的固定角尖端固定于入點。用1mm克氏針沿定位器預先設計的角度作為定位導針穿刺,然后用開路椎對穿刺通道逐漸擴大,深度>20mm,探查,攻絲,再探查確認無穿破后植入長20mm的3.5mm椎弓根螺釘。術中用C臂X線機校準。1.2.4椎弓根皮質骨內螺釘穿破方向以術前相同條件掃描植釘標本后行MPR重建。軸位了解是否損傷椎動脈及脊髓(圖3a);矢狀位了解有無損傷神經根(圖3b);冠狀位觀察螺釘是否完全位于椎弓根松質骨內,以及用于對螺釘穿破進行量化測量,包括椎弓根峽部、椎弓根松質骨出入口,以了解螺釘穿破方向(圖3c~e)。如發(fā)生穿破,標示出該處椎弓根皮質骨外緣界限。用角度測量工具作底邊為穿破點最外緣切線的90°角,作為穿破評價工具,將該底邊緊貼穿破螺釘的最外緣,測量此處皮質骨外緣至切線的垂直距離,則為穿破螺釘的穿破值,同時記錄穿破方向。1.3螺釘穿透腰椎弓根皮質的標準參照Richter分級標準,將螺釘穿透椎弓根程度分為3級:1級,螺釘位置滿意,穿透明確存在,但螺釘穿透椎弓根皮質<1mm,剛破壁者歸入低一級別。2級,螺釘穿透椎弓根皮質>1mm,未對周圍組織造成明顯損傷,內固定穩(wěn)定性良好,不需重植。3級,螺釘穿透椎弓根皮質>1mm,出現周圍血管、神經等重要組織損傷或內固定穩(wěn)定性差,需要進行重植或取出。1.4統(tǒng)計方法采用SPSS11.0統(tǒng)計軟件包進行分析。組間比較采用χ2檢驗,P值<0.05為有統(tǒng)計學意義。2腰椎弓根分布特征單枚螺釘植入時間為(392±62)s。本組除1個椎弓根閉鎖、5個椎弓根冠狀位直徑<3mm不適于植釘,共植釘74枚;一次植釘成功率為95.95%(71/74)。其中68枚(91.89%)螺釘完全位于椎弓根內,其在不同節(jié)段椎弓根的分布如下:C385.71%(12/14),C486.67%(13/15),C592.86%(13/14),C6100%(15/15),C793.75%(15/16);6枚(8.11%)螺釘在矢狀位及軸位上發(fā)生穿破,其中1級5枚(6.76%),2級1枚(1.35%)。在發(fā)生穿破的螺釘中,向外側及外下側穿破4枚,向下方穿破1枚,向內側穿破1枚,本研究穿破率與文獻報道解剖標志定位法(47.37%)及椎板開窗探查法(25.00%)比較,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05);與文獻報道Abumi法(6.70%)、漏斗技術(7.10%)、管道疏通法(5.20%)及計算機導航技術(11.30%)比較,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。3植釘節(jié)段的msct檢查2007年5月-2009年11月,對28例下頸椎患者行椎弓根螺釘固定術。男16例,女12例;年齡19~69歲。病因:外傷19例,Chiari畸形3例,結核3例,神經鞘膜瘤1例,脊膜瘤2例。術前常規(guī)頸椎MSCT檢查并行VR/MPR重建,評估病情,確定最短固定節(jié)段,采集目標椎弓根植釘參數。根據術前測量,發(fā)現1個目標椎弓根部分缺失、1個裂紋骨折,調整手術方案。手術采用后路常規(guī)切口顯露目標椎體的椎板和側塊,在術前測量參數指導下,結合C臂X線機,共植釘121枚。植釘節(jié)段:C320枚,C432枚,C529枚,C622枚,C718枚。術后17例(76枚)獲MSCT復查,67枚(88.16%)完全位于椎弓根內;9枚(11.84%)穿破,其中1級6枚(7.89%),2級3枚(3.95%)。4討論4.1vr定位問題msct-圖n,n-p-d為了提高經椎弓根植釘的準確性,臨床醫(yī)師常以X線片和普通CT橫斷位片對病變進行術前診斷和計劃。但X線片存在偽影及圖像重疊等,難以清晰分辨組織結構;普通CT缺少冠狀位和矢狀位圖像,測評易出現誤差,且X線片和普通CT片僅呈現二維關系,病椎整體關系需主觀推測,治療方案和效果更多依賴于醫(yī)生的個人經驗與技能。MSCT的VR可動態(tài)任意方向旋轉脊柱,立體呈現病椎整體情況及與鄰椎之間的空間關系,結合圖像分割技術,還可反映椎管內突入或游離骨塊的空間構象和準確位置,利于選擇手術入路、方式和節(jié)段等;MPR可顯示任意剖面病變內部細節(jié)及自動測量,通過模擬理想椎弓根釘植入,測量術中所需參數,有利于全面術前評估和規(guī)劃。結合C臂X線機術中透視校正,可降低人為因素,提高植釘準確性。同時亦可減少C臂X線機術中透視次數,降低患者及醫(yī)護人員輻射,縮短手術時間,也可降低麻醉風險和感染率。4.2維重建的應用MPR軸位和矢狀位重建的指標測量,應盡可能保證選取的兩個位置是相同截面,以提高測量的準確性和臨床實用性。但實際重建時發(fā)現,因病變、體位及先天發(fā)育等原因掃描時難以顯現雙側對稱位的椎弓根,為此需要通過圖像切割、旋轉等技術調整,使目標椎體的雙側椎弓根軸位圖像調整為對稱、最大寬度顯示,其橫斷截面與雙側椎弓根中心軸線所在的平面保持一致。然后根據其所測數據,選擇具有相同對應參數的矢狀位截面,保證所選平面是基本相同的測量平面。本研究8具頸椎標本三維重建后發(fā)現:1個椎弓根缺失,5個細小,均不適宜植釘,發(fā)生率占7.5%(6/80),提示國人男性下頸椎椎弓根變異較常見。通過三維重建,臨床醫(yī)師術前可對目標椎體進行精確測量,明確該椎弓根的形態(tài)大小,制定合理的手術方案。尤其對目標椎弓根直徑<3mm及頸椎畸形或發(fā)育不良者,更具有臨床意義。4.3軸位像量化穿破程度對診斷結果的影響目前,臨床主要依靠頸椎雙斜位片及CT軸位片對螺釘穿破進行評價。斜位片對螺釘位置的觀察精度較差(1mm),本研究中所有穿破者在雙斜位片上均無明顯表現;而CT軸位像僅呈現螺釘的一個層面與椎弓根橫切面的關系,螺釘整體與椎弓根關系不明確,而且穿破方向也僅有內、外側兩個方向的顯示,如同時使用軸位像顯示螺釘全長,金屬偽影又會對測量結果的準確性產生嚴重影響。本研究利用冠狀位MPR圖像量化穿破程度,不僅使金屬截面顯示最小、偽影降到最低,而且使螺釘在椎弓根各個截面及方向上的穿破情況得以全面、直觀地顯示。同時,結合軸位重建了解螺釘對脊髓及椎動脈的侵犯情況,矢狀位重建了解螺釘對神經根的侵犯情況,X線片了解內固定的整體形態(tài)及穩(wěn)定性,從而使螺釘穿破測評更為精準。這有利于積累手術經驗,了解螺釘穿破與術后并發(fā)癥、后遺癥之間的關聯(lián)程度,以改進手術方式,調整手術適應證,降低手術潛在風險。4.4入點周邊骨皮質的穩(wěn)定性本研究植釘一次成功率為95.95%。在標本植釘過程中有3枚螺釘在首次植釘過程中感覺阻力較大、無握持感而退釘后重植。臨床操作過程中亦發(fā)現類似情況(如阻力大、落空感、無握持感),經多次核準發(fā)現:(1)當入點距側塊外緣距離過小(<1mm)時,由于植釘工具精度及擔心損傷椎動脈等原因,容易導致外展角變小而使植釘困難;(2)當入點周圍側塊平面皮質骨不平整時,定位器尖端在固定過程中容易滑移而發(fā)生偏差,導致植釘失敗。經調整參數及修整入點周邊骨皮質后,二次均順利植入。這提示不僅參數的準確轉換是準確植釘的關鍵,還需兼顧醫(yī)生主觀感覺及C臂X線機監(jiān)測。4.5螺釘穿破方式的比較本研究中74個椎弓根均嚴格按術前測量數據并結合C臂X線機監(jiān)測植釘,MSCT再掃描,MPR重建后發(fā)現:68枚螺釘完全位于椎弓根內,6枚穿