三维影像及导航技术辅助脊柱微创手术

三维影像及导航技术辅助脊柱微创手术

2009-11-27 文章来源:admin 点击量:2064   我要说

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田 伟  北京积水潭医院(北京大学第四临床医学院)脊柱外科

一 概述

纵观骨科学的发展历史,现代骨科学领域的进步都与科学技术的进步密切相关,并且受到科学技术发展水平的限制。在不同的时代,外科医师的追求其实是一致的,都希望通过昀精确、昀微创的方法,昀大限度的解决患者的病痛,同时昀大限度的保留患者的生理功能。但是这一愿望要受到同时代科学技术发展水平的限制。昀初的骨外科手术是以截肢等毁损性手术为主,随着 19世纪无菌技术和麻醉技术的进步, 20世纪 X线和抗生素的发现和应用、输血技术的发展,生物医学工程和材料学的进步,使骨科技术逐渐发展到以矫正畸形,切除病灶同时保留肢体功能为主,如各种关节置换技术和内固定技术等。现在,如何才能昀大限度减少手术的创伤,仍然是外科医师孜孜追求的目标。

脊柱外科也是如此。随着人口老龄化和现代化交通的发展,脊柱疾患已经成为影响人们生活的常见病和多发病。很多脊柱疾病包括脊柱退行性病变、脊柱不稳定、脊柱骨折脱位、脊柱畸形和脊柱肿瘤等需要手术治疗。传统的脊柱外科手术切口长,肌肉剥离广泛,出血多,且因为脊柱三维解剖结构复杂,毗邻重要的神经血管组织,手术风险性大,并发症多,临床应用受到限制。如何昀大限度的使脊柱手术微创化,减少手术的创伤和风险,一直是脊柱外科的热点研究领域之一。

微创手术是脊柱外科治疗的发展方向,目前临床应用的脊柱外科微创手术主要包括椎间盘镜下手术,经皮椎弓根螺钉内固定,经皮椎体成形术及各种套筒操作技术。但是,大多数的微创手术只是手术切口的减小,因为术野显示不清,反而增大了术中神经血管等重要结构损伤的风险。而且此类手术术中需要反复透视确认,增加了医务人员和患者放射损伤的风险,并不是真正意义上的“微创”。

计算机断层影像、核磁共振影像以及计算机三维影像重建技术等现代影像技术已经基本可以实现脊柱外科疾病的术前精确定位诊断,但是在脊柱外科手术中,能够应用的影像技术仍然以术中 X线透视和平片为主,仅能提供解剖结构的二维信息,不仅术中放射线量过多可以造成放射性损伤,而且可能误导术者。如何才能实现术中即时的三维立体解剖结构重现呢?随着立体定位技术和影像融合技术的发展,术中即时三维导航辅助脊柱外科技术应运而生。

目前在脊柱外科应用较成熟的术中即时三维导航技术,术中三维导航影像数据由电动 C型臂(SIREMOBIL Iso-C,Siemens,GERMANY)在术中即时影像三维重建获取。根据设定, C型臂自动连续旋转 190°,采集 100幅数字点片图像并自动重建三维图像。将图像传输至导航系统,系统同时进行自动注册。图像传输完毕即可使用,无需人工进行点照合和面照合。然后在术中即时三维重建图像引导下进行手术操作。因此,利用术中即时三维导航技术,不需要切开显露,即可以准确显示脊柱结构的精确三维结构,解决了传统微创手术术野显示不清,术中神经血管等重要结构损伤风险大的问题,使微创手术的安全性和精确性大大提高,实现真正意义上的“微创”,具有很强的临床实用性和良好的发展前景。

二 常用术中即时三维导航辅助脊柱微创手术

我院自 2002年 12月引进主动红外线计算机导航系统(Stryker公司),开始计算机导航技术领域的临床应用研究。2005年我院在亚太地区率先开展了脊柱外科 Iso-C术中即时三维导航手术,并将手术应用范围拓展到多项脊柱外科手术,包括寰枢椎经关节突螺钉内固定(Magerl术)、齿状突螺钉内固定、颈椎和上胸椎椎弓根螺钉内固定、经椎弓根楔形截骨后凸畸形矫正、复杂的胸腰椎椎弓根螺钉内固定、经皮椎弓根螺钉内固定、椎间融合器置入等内固定手术以及黄韧带骨化灶切除、椎间盘切除、椎管减压等非内固定手术。同时,在术中即时三维导航辅助微创脊柱外科手术方面进行了多项研究和临床应用探索。

1 导航辅助微创寰枢椎内固定术:寰枢椎经关节突关节螺钉内固定(Magerl术)是治疗寰枢椎半脱位的主要手术方式,传统的手术方法需要充分剥离颈椎后方的肌肉组织以充分显露,可以导致术后轴性疼痛等并发症,而且手术操作比较困难,螺钉的入点和角度需要反复透视确认,手术风险大。在导航辅助下使用微创套筒技术进行该手术,术中即时三维重建寰枢椎骨性解剖结构,在导航系统的实时引导下,经皮确认螺钉的入点和角度,通过微切口置入可扩张套筒,通过套筒完成螺钉置入,从而避免肌肉组织的剥离,减少手术并发症。(图1)

2 导航辅助微创椎弓根螺钉内固定术 :目前临较常用的经皮椎弓根内固定系统是 SEXTANT系统。使用经皮固定夹钳将导航示踪器固定于伤椎邻近节段棘突,术中即时采集三维影像,在导航系统实时引导下置入椎弓根螺钉。虽然较传统的 SEXTANT技术增加了一条长约 1至2cm的切口,但是螺钉置入精确性大大增加,同时避免了反复透视,减少了手术时间。(图2)

3 导航辅助微创腰椎后路椎弓根螺钉及椎间融合器内固定术:

传统的腰椎后路内固定手术需要充分切开显露脊柱后方结构。将术中

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