O-arm联合术中导航植入椎弓根螺钉偏移因素究竟有哪些?

2017-10-17 文章来源:周皓 周晓岗 点击量:126   我要说

1986年,美国Roberts率先将计算机辅助手术导航系统应用于神经外科临床。随后由于导航技术解决了实时图像处理和仪器追踪的技术问题,打开了精准脊柱外科的大门。从X线平片和C型臂X线机到术前CT导航、术中CT导航,导航技术近年来得到飞速发展,其精准度也得到大大提高。

2006年,O-arm成像系统的出现将计算机辅助导航技术在骨科的应用又提升了一个台阶,其优势在于:其机械性控制定位系统和集成的允许自动注册的LED跟踪装置,较C型臂的复杂注册流程相比,大大缩短了注册时间;利用手术体位获得的CT实时数据,较术前CT更精确,减少了体位变换等潜在的导航误差;扫描时手术医生可以离开手术室,大大降低了术者的辐射暴露[1]

国内外的相关研究均显示,O-arm联合术中导航技术的应用,大大提高了脊柱外科椎弓根螺钉植钉的准确性:Rivkin等人研究了270名导航下植钉的患者后指出:在总共1651枚植入的椎弓根螺钉中,总体不良率在5.3%[2];Joseph等人的研究指出,无论是在初次手术的病人或是在翻修手术的病人中,优良的植钉率达到了98.7%(初次手术)和98.6%(翻修手术)[3];Neal Luther等人对比3D导航和普通的透视导航后发现,3D导航的螺钉优良率为88%明显优于普通透视82%的优良率[4]

虽然O-arm联合导航技术能提高植钉的准确性,但仍然有一部分螺钉的植入并不令人满意。上述文献报道植钉的偏移率在1.3%-12%。术中O-arm联合导航技术会造成偏移的因素有很多,比如导航仪器本身的精准度问题;O-arm和导航仪之间文件传输导致的数据偏差;导航器械本身的精确性和微小弯曲;医生操作过程中导致的偏移等等。我们在使用过程中,发现导航准确性和术者的使用有很大关系。因此,结合文献和我们自己的使用经验,尝试对手术过程中的一些可能导致偏移的因素进行分析,并提出一些可行的解决方案。

复旦大学附属中山医院从2017年1-9月共行O-arm联合术中导航下手术共54例复杂脊柱手术中,共置入288枚螺钉,植钉准确率为93.06%(采用Neo分级,统计0级植钉准确率)。植钉准确性评价采用Neo等的方法(图1):

图1Neo分级:将植钉精确性分为4级:0级,螺钉完全处于椎弓根内,没有穿破骨皮质。1级,螺钉穿破皮质<2mm,或<螺钉直径50%。2级,螺钉穿破皮质在2-4mm范围,或>螺钉直径的50%但没完全穿出。3级,完全穿出皮质,螺钉处于椎管或椎动脉孔内。其中0级定义为精确植钉,1级为可接受植钉,2和3级是不良植钉。

1.参考架相关因素

1.1参考架的位置选择:

参考架有两种固定方式:夹形和杆形。夹形固定用于固定于棘突。杆形固定一般通过经皮方式固定在髂骨。在开放手术中,由于操作方便,通常将参考架直接夹在手术节段尾端末节或更远节的棘突上。理论上参考架只要放置于术野,并能有效固定,位置上并没有特别的规定。但在切口过小时,由于扫描定位时需去除撑开器消除金属伪影,而后在手术时再次撑开切口,因为张力的改变,非常容易导致参考架发生移位。下腰段手术时,由于S1棘突较小,参考架的固定并不十分牢靠,更容易发生偏移。而患者的骨盆通过约束带固定于手术床上,可以尽量减少患者骨盆在术中的移动,从而稳定参考架。因此我们建议开放手术时,不要姑息延长1cm的切口,一定要确保在撑开伤口的过程中参考架不能受力而发生移位。在腰椎或下胸椎手术中,建议将杆形参考架用经皮方式固定于患者的髂骨上,并打入足够深度牢靠固定。(图2)

图2 参考架固定于相邻节段的棘突上(左)及固定于髂骨上(右)

1.2参考架与操作器械相互阻挡:

参考架位置固定后,参考架的位置不能移动,但当手术操作过程中由于解剖结构不同,在打入螺钉时的角度各不相同,可能会与参考架发生碰撞,从而阻碍了螺钉植入。亦或者当参考架与操作器械的导航反光球之间发生了遮挡,导致导航仪无法同时识别参考架及操作器械,从而对操作本身产生影响,引起偏移。因此在安装参考架时一定要提前考虑植钉路径,以避免器械“打架”。打入髂骨固定参考架时,其位置尽量远离操作区域,尽可能减少参考架与器械之间的干扰及阻挡。(图3)

图3参考架与器械在操作过程中发生碰撞和阻挡,阻碍了操作的顺利进行

2.器械相关因素

操作导致器械本身的形变

在碰到患者骨质硬化时,操作者必须要使用较大力气,当使用一些由塑料手柄组成的一次性器械时,由于外力能使其发生较大的形变,导致其手柄反光球位置的变化,从而使导航仪模拟的器械位置发生较大的偏移。故笔者单位在使用塑料手柄器械时,尽可能减少对塑料部分施加较大外力,尤其是球探等器械较为细长,放置在骨性通道后如果在后方把持用力极易变形,因此在观察器械位置时建议将手从器械上放松,以减少偏差。所谓“观景不走路,走路不看景”,在操作前让器械处于自然状态设计进针点和路线,操作时视线放在操作器械上并维持方向,要观察导航下器械位置时松开器械,再次使其处于自然状态。尽量避免在应力状态进行观察,减少误差机会。


图4经皮穿刺器械同一位置在处于用力握紧和放松情况下,导航仪器上器械路径在左侧椎弓根发生偏移

3.脊柱形变

人体的脊柱具有一定的活动度,特别是颈椎和腰椎,其活动度较大。当患者麻醉、并应用肌肉松弛药物后,缺少了肌肉的支持,活动度会增加。同时,当患者的骨质较硬,或有关节突的增生和骨赘的形成等情况时,徒手操作就会施加较大的外力才能开口开路。这时用力操作会引起患者脊柱的形变,导致导航时发生较大的偏移。这种情况在颈椎发生率更高。故我们建议,在活动度较大节段,或者在遇到患者骨质较硬时,尽量使用电钻进行开口开路,尽可能减少外力,引起患者脊柱的弯曲和形变。在颈椎手术时,建议确认进针点和植钉方向后用电磨钻开口,徒手开路后再用导航球探确认钉道方向。

图5在操作中,较大的外力会使脊柱形变;而使用电钻或电磨钻可以减少脊柱形变而引起的偏移

4.呼吸因素

因呼吸作用会使脊柱产生一定程度起伏活动,在胸椎尤为明显,扫描时会产生伪影,从而可能造成导航偏移。由于扫描一次时间仅为15-20秒,所以建议在进行O-arm定位扫描时终止呼吸运动,尽可能地避免因为患者呼吸运动所引起的偏移。

5.其他注意事项

扫描时尽量选用HD模式,这样可以大大减少扫描伪影,如果担心放射剂量过大,可以适当减少KV值。HD模式+低KV不增加放射剂量,却能大大提高扫描精度,提高导航准确率。同时根据患者体型选择扫描模式,以避免放射剂量过大,国人一般选择S或M足够。

反光球是导航的眼睛,如果反光球出现问题,势必会影响导航的准确性。导航设计时如果缺少一枚反光球仍然可以工作,但准确性可能会有一定影响。如果有反光球松动就可能造成导航的偏差,所以一定要确认反光球在器械上安装牢固,并在操作时不被阻挡。

小结

O-arm联合术中导航技术能有效地提高螺钉植入的准确度,尤其对年轻医生,在导航的帮助下可以更快更准地掌握椎弓根螺钉植入,甚至是一些复杂的、畸形严重的病人。但导航也不是万能的,准确率还不能达到100%。在术中可能有各种意外或偏差发生,因此在植入螺钉时,必须要结合辨认解剖标志,千万不能仅仅依赖导航,开“盲车”,在导航与解剖标志不符时千万不能盲目操作。同时在术中操作时,尽可能消除可能产生偏移的潜在因素,更好地发挥导航技术的优势,提高手术的准确度。工欲善其事,必先利其器。O-arm联合术中导航是一把利器,但锋利的武器可能是把双刃剑,我们千万不要被它割伤自己、割伤患者。

参考文献

[1] Bandela J R, Jacob R P, Arreola M, et al. Use of CT-based intraoperative spinal navigation: management of radiation exposure to operator, staff, and patients[J]. World neurosurgery, 2013,79(2):390-394.

[2]Rivkin M A, Yocom S S. Thoracolumbar instrumentation with CT-guided navigation (O-arm) in 270 consecutive patients: accuracy rates and lessons learned[J]. Neurosurg Focus, 2014,36(3):E7.

[3] Hsieh J C, Drazin D, Firempong A O, et al. Accuracy of intraoperative computed tomography image-guided surgery in placing pedicle and pelvic screws for primary versus revision spine surgery[J]. Neurosurgical focus, 2014,36(3):E2.

[4] Luther N, Iorgulescu J B, Geannette C, et al. Comparison of navigated versus non-navigated pedicle screw placement in 260 patients and 1434 screws: screw accuracy, screw size, and the complexity of surgery[J]. Clinical Spine Surgery, 2015,28(5):E298-E303.

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