数字化导航辅助颈椎椎弓根螺钉置入提高置钉准确率及安全性：随机对照临床试验方案

www.CRTERwww.CRTER.org管俊杰.数字化导航辅助颈椎椎弓根螺钉置入提高置钉准确率及安全性：随机对照临床试验方案www.CRTERwww.CRTER.org管俊杰.数字化导航辅助颈椎椎弓根螺钉置入提高置钉准确率及安全性：随机对照临床试验方案PAGE5904P.O.Box10002PAGE5899P.O.Box1200,中国组织工程研究第20卷第39期2016–09–23出版www.CRTER.orgChineseJournalofTissueEngineeringResearchSeptember23,2016Vol.20,No.39www.CRTER.org··研究原著·PAGE5898P.O.Box10002数字化导航辅助颈椎椎弓根螺钉置入提高置钉准确率及安全性：随机对照临床试验方案管俊杰(南通大学附属医院，江苏省南通市226001)引用本文：管俊杰.数字化导航辅助颈椎椎弓根螺钉置入提高置钉准确率及安全性：随机对照临床试验方案[J].中国组织工程研究，2016，20(39):5898-5903.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.39.019ORCID:0000-0003-4653-4780(管俊杰)文章快速阅读：数字化导航辅助颈椎椎弓根螺钉置入提高置钉准确率及安全性数字化导航辅助颈椎椎弓根螺钉置入提高置钉准确率及安全性管俊杰管俊杰，南通大学附属医院，江苏省南通市226001通讯作者：管俊杰，南通大学附属医院，江苏省南通市226001中图分类号:R318文献标识码:B文章编号:2095-4344(2016)39-05898-06稿件接受：201椎板部分切除置钉法内固定26例随访时间：固定后12个月，36个月 椎板部分切除置钉法内固定26例随访时间：固定后12个月，36个月颈椎骨折患者76例颈椎骨折患者76例•颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级•颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级(Ⅰ级螺钉百分率)•寰枢间骨性融合率•目测类比评分•美国脊髓损伤协会损伤分级•不良反应发生率管道疏通法内固定27例数字化导航数字化导航辅助颈椎椎弓根螺钉置入23例文题释义：数字化导航技术：是将现代影像学、计算机三维重建、逆向工程原理及快速成型技术相结合设计的一种新型的颈椎椎弓根置钉个性化导航模版。颈椎经椎弓根螺钉置入：目前颈椎经椎弓根螺钉置入技术标准尚未统一，因而置入方法较多，例如椎板部分切除置钉法、管道疏通法，但由于可操作性不强在临床应用受到影响。摘要背景：颈椎椎弓根螺钉置入技术目前尚无统一标准，故临床应用效果也无法量化评价。数字化导航技术可为颈椎椎弓根螺钉置入提供定位、定向的参考依据，为椎弓根螺钉植入提供准确安全的保证。目的：观察数字化导航辅助颈椎椎弓根螺钉置入可提高置钉的准确率及安全性。方法：研究为前瞻性、单中心、随机对照、开放性临床试验，将南通大学附属医院骨科住院治疗颈椎骨折患者76例随机分为3组，均经椎弓根螺钉内固定。①椎板部分切除置钉组26例(160枚螺钉)，采用椎板部分切除置钉法内固定；②管道疏通组27例(156枚螺钉)，采用管道疏通法内固定；③数字化导航技术组23例(162枚螺钉)，采用数字化导航技术辅助颈椎经椎弓根螺钉内固定。固定后随访时间为12个月、36个月。方案设计结果的主要结局为固定后12个月各组颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级中的Ⅰ级螺钉百分率评价内固定后螺钉植入位置的准确性；次要结局为固定后36个月各组颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级中的Ⅰ级螺钉百分率；固定后12个月、36个月患者寰枢间骨性融合率判断颈椎骨折愈合情况；固定前、固定后12个月、36个月各组患者目测类比评分判断患者颈部疼痛情况；固定前、固定后12个月、36个月各组患者以美国脊髓损伤协会损伤分级评价神经功能改善情况；固定后12个月，36个月不良反应发生率评价各种置入方法的安全性。试验经南通大学附属医院医学伦理委员会批准。研究符合世界医学会指定的《赫尔辛基宣言》的标准。参与者对试验内容和治疗过程均知情同意，并签署知情同意书。讨论：研究方案比较了椎弓根螺钉内固定治疗颈椎骨折3种方法的内固定效果，重点观察和比较数字化导航辅助颈椎椎弓根置钉的准确性和安全性，从而为数字化导航技术在临床骨科，尤其是脊柱椎弓根螺钉置入内固定应用提供临床应用的量化依据。试验注册信息：试验方案与2016年8月19日在北美临床实验注册中心注册(NCT02880839)。关键词：骨科植入物；数字化骨科；数字化导航技术；颈椎骨折；椎弓根螺钉；骨性融合；寰枢；不良反应；椎板部分切除；管道疏通；随机对照试验主题词：组织工程；颈椎；寰枢关节PAGE5899ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH4P.O.Box1200,Shenyang110004kf23385083@Digitalnavigationenhancescervicalpediclescrewplacementaccuracyandsafety:studyprotocolofarandomizedcontrolledtrialGuanJun-jie(AffiliatedHospitalofNantongUniversity,Nantong226001,JiangsuProvince,AbstractBACKGROUND:Aunifiedstandardforcervicalpediclescrewplacementdoesnotcurrentlyexist;therefore,itisdifficulttoquantitativelyevaluatetheclinicaleffectsofthetechnique.Digitalnavigationcanprovideareferenceforaccurateandsafelocation,orientation,andplacementofcervicalpediclescrews.OBJECTIVE:Toinvestigatewhetherdigitalnavigationcangreatlyincreasetheaccuracyandsafetyofcervicalpediclescrewplacement.DISCUSSION:Thistrialprotocolcomparedtheeffectsofthreecervicalpediclescrewinternalfixationmethodsforthetreatmentofcervicalspinefracture,andinvestigatedandcomparedtheaccuracyandsafetyofdigitalnavigation-assistedcervicalpediclescrewplacementwithpartialcervicallaminaexcisionandpipeline-dredgedischarge.Wehopedtoprovidequantitativeevidencefortheclinicaluseofdigitalnavigationinorthopedics,especiallyincervicalpediclescrewplacement.TRIALREGISTRATION:ThistrialwasregisteredatClinicalTidentifier:NCT02880839on19August2016.Subjectheadings:TissueEngineering;CervicalVertebrae;Atlanto-AxialJointCitethisarticle:GuanJJ.Digitalnavigationenhancescervicalpediclescrewplacementaccuracyandsafety:studyprotocolofarandomizedcontrolledtrial.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(39):5898-5903.GuanJun-jie,AffiliatedHospitalofNantongUniversity,GuanJun-jie,AffiliatedHospitalofNantongUniversity,Nantong226001,JiangsuProvince,Correspondingauthor:GuanJun-jie,AffiliatedHospitalofNantongUniversity,Nantong226001,JiangsuProvince0引言Introduction相关研究的历史和现状：颈椎椎弓根结构细小，解剖变异大，毗邻脊髓和椎动脉等重要组织。目前治疗颈椎骨折的传统方法—经椎弓根螺钉内固定，虽然固定效果好，但是现有的操作方法椎弓根螺钉穿透率高，周围血管、神经损伤的风险大，致残率较高[1]。近年来，随着现代医学科学技术的进步，人们在力求椎弓根螺钉植入的安全和准确的同时，又探索运用微创的手段经皮植入椎弓根螺钉，从而有效的减少操作损伤[2-3]。目前颈椎经椎弓根螺钉置入技术标准尚未统一，因而置入方法较多，例如椎板部分切除置钉法和管道疏通法，但由于可操作性不强在临床应用受到影响。数字化导航技术是一种基于离散堆积成形思想，结合了计算机技术、数控技术、激光技术和新材料技术等而发展起来的新兴的成形技术，可为颈椎椎弓根定位、定向提供一种全新的数字化方法，为手术操作提供安全保证[4-5]。试验设计的主要目的：试验旨在通过比较分析3种方法行颈椎椎弓根螺钉内固定治疗的效果，重点观察数字化导航在辅助颈椎椎弓根置钉治疗准确性和安全性中的作用。颈椎经椎弓根螺钉内固定随机分组(n=76)筛选收集基线知情同意招募颈椎骨折患者排除：不符合入选标准拒绝参加其他原因数字化导航技术联合颈椎经椎弓根螺钉内固定数字化导航技术组(n=23)管道疏通组(n=27)管道疏通法内固定随访12，36个月椎板部分切除置钉组(n=26)椎板部分切除置钉内固定数据分析颈椎经椎弓根螺钉内固定随机分组(n=76)筛选收集基线知情同意招募颈椎骨折患者排除：不符合入选标准拒绝参加其他原因数字化导航技术联合颈椎经椎弓根螺钉内固定数字化导航技术组(n=23)管道疏通组(n=27)管道疏通法内固定随访12，36个月椎板部分切除置钉组(n=26)椎板部分切除置钉内固定数据分析••颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级•寰枢间骨性融合率•目测类比评分•美国脊髓损伤协会损伤分级•不良反应发生率图1图1试验干预流程图Figure1FlowchartofthestudyprotocolPAGE5903ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH4P.O.Box1200,Shenyang110004kf23385083@区别与他人他篇的重要特点：以往相关研究多以探讨疗效为主。作者检索WebofScience数据库尚未发现发现有关数字化导航技术在颈椎椎弓根置钉治疗的相关研究，作者也检索了北美临床试验注册中心数据库，发现2篇类似文章“①CervicalSpondyloticMyelopathySurgicalTrial(NCT02076113)；②SlottedHoleVersusFixedHoleC-Tek(NCT00585923)”，上述研究观察指标多以骨性融合率，SF-36生活质量评分及PCS(physicalcomponentscore)评分为评价指标，其对象入组标准和分组信息与此次临床试验方案尚有较多不同之处，作者此次设计的方案特点在于侧重观察数字化导航联合颈椎经椎弓根螺钉置入提高置钉准确率及安全性的作用，希望为临床应用提供有价值的量化数据。1试验设计与方法Testdesignandmethods1.1试验设计前瞻性、单中心、随机对照、开放性临床试验。1.2试验完成地点试验在中国江苏南通，南通大学附属医院完成。1.3试验设计执行流程将来源于中国江苏南通，南通大学附属医院住院治疗的颈椎骨折患者76例随机分为3组，均进行颈椎经椎弓根螺钉内固定，椎板部分切除置钉组26例(160枚螺钉)采用椎板部分切除置钉法内固定，管道疏通组27例(156枚螺钉)采用管道疏通法内固定，数字化导航技术组23例(162枚螺钉)采用数字化导航技术辅助颈椎经椎弓根螺钉内固定，固定后随访12个月、36个月，观察疗效(图1)。1.4受试对象入选标准：符合如下标准者可被纳入研究：(1)颈椎后柱骨折或不伴椎体严重破坏的前后柱骨折者；(2)颈椎非创伤性不稳者，包括转移性肿瘤、类风湿性关节炎等脊柱疾患；(3)颈椎椎板切除后有创伤后的后凸畸形者；(4)神经根或脊髓减压术后节段性不稳者；(5)颈椎前路手术后进行翻修者；(6)均进行颈椎椎弓根螺钉内固定治疗者；(7)平均年龄62岁；(8)性别不限；(9)患者及家属同意进行试验，并签署知情同意书者。排除标准：符合如下条件之一的患者将被排除研究：(1)由于创伤、肿瘤导致的椎弓根破坏者；(2)明显骨质疏松者；(3)椎动脉存在解剖变异者；(4)不能配合内固定治疗者。受试者中途撤出标准：(1)撤销知情同意书，不愿继续接受试验治疗者；(2)试验过程中出现严重不良事件，无法继续进行治疗者；(3)试验过程中受试者依从性较差者。1.5基线分析在随机分组前收集患者基线资料包括：人口学资料(年龄、性别、文化程度及体质量指数)和一般病史(现病史、既往史及遗传史)。1.6样本量结合以往研究结果和以往课题组的临床经验[6]，作者假设采用数字化导航技术辅助颈椎经椎弓根螺钉内固定的患者的椎弓根螺钉穿透程度分级中的Ⅰ级螺钉百分率为92%，采用PASS14.0软件进行样本量计算，设β≤0.1，power=90%，显著性水准双侧α=0.05，计算后每组样本量为174个，按20%的脱落率计算，每组应纳入209个螺钉，即每组27例患者，最终经入选标准和排除标准筛选后，椎板部分切除置钉组纳入26例，管道疏通组纳入27例，数字化导航技术组纳入23例用于试验。1.7招募所有病例选取于2010年1月至2012年12月在南通大学附属医院脊柱外科住院接受治疗的颈椎骨折患者。在获得受试知情同意后，根据纳入和排除标准筛选受试。1.8随机分组术前1d，由临时安排的一位医生按照患者入院顺序用SPSS13.0软件(SPSS，Chicago,IL，USA)生成的随机表格将76例患者分为3组。1.9盲法此次试验为开放性试验，医生、患者及评估者均对分组及治疗方案非盲。1.10干预所有患者均进行颈椎椎弓根螺钉内固定。先剥离颈椎后方的肌肉、韧带等软组织，充分暴露后部骨性结构。置钉过程中，将导向模版紧密贴合于颈椎椎板后方。在无任何透视设备辅助下，采用2mm的钻头，沿导向模板的导向管钻出进螺钉通道，攻丝后选择合适长度螺钉置入。实验中所用全部落定均为钛合金万向螺钉(MedtronicInc.，USA)。椎板部分切除置钉组：将要固定节段的椎板部分切除直接探查到椎弓根的位置或显露出椎弓根有助于在直视下安全地植入椎弓根螺钉。管道疏通组：(1)用咬骨钳或磨钻去除侧块骨皮质，用直径2.0-3.0mm的小刮匙顺着椎弓根轴线方向，以旋转方式刮除骨松质，显露喇叭口状的椎弓根管口，再用小刮匙紧贴椎弓根入口内侧壁旋转刮除椎弓根管内的骨松质，直视下显露椎弓根管3.0-(2)若遇阻力可稍调整方向旋入，如仍不能旋入，应放弃该处置钉。打通椎弓根管后置入螺钉。(3)钉道建立完成后，不攻丝置入3.5mm皮质骨螺钉，长度26.0-28.0mm数字化导航技术组：(1)术前行螺旋CT连续扫描，应用三维重建软件定位三维参考平面，对患者颈椎进行三维模型重建，建立模型。(2)利用逆向工程原理寻找椎弓根最佳进钉通道，提取椎板的表面解剖学形态，建立与椎体后部解剖学形态一致的反向模板，拟合模板和椎弓根孔道成定位模板，将导航模板通过激光快速成形技术制造出事物模型。(3)利用3D打印机打印颈椎模型和导航模板，再精确测量每个椎弓根的螺钉通道长度及椎弓根宽度。1.11结局指标主要结局：固定后12个月各组颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级中的Ⅰ级螺钉百分率：(1)术后常规拍摄颈椎正侧位X射线片和CT检查评估颈椎椎弓根螺钉置入的准确性，观察螺钉的进钉点、螺钉走向及有无螺钉穿破骨皮质情况。(2)根据螺钉是否穿透椎弓根及穿透程度将其分为3级[7]：Ⅰ级，椎弓根螺钉未突破椎弓根皮质；Ⅱ级，仅有螺钉螺纹穿透椎弓根峡部皮质(不超过螺钉直径的1/4)；Ⅲ级，螺钉明显穿出椎弓根峡部皮质(超过螺钉直径的1/4)，有对周围神经、血管造成损伤的危险，内固定稳定性差。次要结局：(1)固定后36个月各组颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级中的Ⅰ级螺钉百分率：评估颈远期椎椎弓根螺钉置入的准确性。(2)固定后12个月，36个月各组患者寰枢间骨性融合率：以判断颈椎骨折愈合情况，寰枢间骨性融合率为各组固定后寰枢间骨性融合的患者占各组患者总数的百分比。(3)固定前、固定后12，36个月各组患者目测类比评分：以判断患者颈部疼痛情况，分值范围0-10分，分值越高代表患者疼痛越剧烈，其中0分为无痛，0<分值≤3为微痛，3<分值≤6为中痛，6<分值≤10为剧痛[8]。(4)固定前、固定后12，36个月各组患者的美国脊髓损伤协会(ASIA)损伤分级评价结果：以评价神经功能改善情况。损害程度分级：A，完全性损害，颈区无任何感觉和运动功能保留；B，不完全性损害，在颈椎神经平面以下存在感觉功能但无运动功能；C，不完全性损害，在神经平面以下存在运动功能，50%以上关键肌的肌力小于3级；D，不完全性损害，在神经平面以下存在运动功能，并且50%以上关键肌的肌力大或等于3级；E，感觉和运动功能正常[9]。(5)固定后12，36个月各组患者不良反应发生率：以此评价各种置入方法的安全性。计算各组发生不良反应的患者例数占各组患者总数的百分比。1.12试验主要结局及次要结果观察流程表见表1。指标固定前(基线水平)固定后指标固定前(基线水平)固定后12个月固定后36个月主要观察指标颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级(Ⅰ级螺钉百分率)○○次要观察指标寰枢间骨性融合率○○目测类比评分○○○美国脊髓损伤协会损伤分级○○○不良反应发生率○○不良事件痔疮○○便秘○○呼吸道感染○○体温失调○○颈神经根损伤○○深部伤口感染及螺钉脱落、断裂、弯曲等问题○○表1试验对象基线分析项目及时间流程和随访主要、次要结局观察指标表Table1Patients’baselinedataandtimingofprimaryandsecondaryoutcomeassessments1.13不良事件(1)对患者试验期间出现的预期的和不可预期的不良反应做以记录。数据收集：以病例报告表(CaseReportForm，CRF)的形式收集数据，并经统一表格汇总。具体数据包括人口统计学信息、疾病诊断、伴随疾病情况、过敏史(药物过敏情况)和不良反应发生情况。这些资料将被研究者应用Epidata数据处理软件，以双重录入(double-dataentrystrategy)的形式转化为电子版文件。数据管理：只有项目负责人(projectmanager)有权利查询数据库文件，该文件不允许再作变动。所有与本次临床试验有关的研究资料均由中国解放军总医院保存。数据分析：将数据库交给专业统计人员进行统计分析，并由统计分析人员写出统计分析报告，交付试验的主要研究者，写出研究报告。数据监察委员会(IDMC)对研究数据的监督和管理贯穿临床研究整个环节，以保证研究过程的科学性、严谨性和资料真实性、完整性。数据开放：出版数据将公开发布于。1.15统计学分析统计学分析由统计分析人员应用SPSS19.0统计软件包完成，且符合意向分析原则。计量资料符合正态分布用均值(mean)、标准差(SD)、最小值(min)、最大值(max)表示，非正态分布数据用下四分位数(q1)、中位数(median)和上四分位数(q3)表示。检验，3组间颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级结果及美国脊髓损伤协会损伤分级的比较采用Kruska-WallisH检1.16审核试验实施的频率和措施每3个月向伦理委员会汇报试验进展情况，同时向注册数据库更新试验进展状态。1.17保密原则由2名工作人员负责抄录所需要的试验结果信息，抄录后的文档标注日期上传至指定的电脑备份，结果数据表格由研究者制作、核对并对数据库进行锁定。锁定后的数据文件不允许再作变动并将数据库保存备查，任何非授权内研究者外的人员均不得接触。所有与此次临床试验有关的研究资料均由南通大学附属医院保存。2讨论Discussion这项试验的意义：此次试验数据可为验证数字化导航技术辅助颈椎经椎弓根螺钉置入可提高置钉的准确率及安全性假设提供量化依据，为未来临床上颈椎骨折手术操作中置钉提供安全保证。优势和局限性：①试验的优势：采用前瞻性、单中心、随机对照、开放性临床试验方法观察，观察数字化导航技术在颈椎椎弓根置钉治疗中的准确性和安全性，与以往相关研究相比[6]，此试验每组样本量略有扩大，增加了结果的可靠性；②试验的局限性：由于导航器械价格昂贵，术中操作时颈椎活动度大时可降低手术操作准确性，操作复杂，精确度不高，手术时间延长和消毒不便等因素，目前项目难以在中国普及推广，限制了普及率；对该技术的应用也存在不足：计算机辅助导航模版辅助颈椎椎弓根螺钉置入操作简单，无特殊经验要求，符合个体化置钉的原则，置钉准确率高，模版的设计需要熟练掌握相关计算机软件和脊柱外科专业知识的人员才能完成，对于已行椎板切除的患者不适合应用。试验贡献的证据：数字化导航技术是将现代影像学、计算机三维重建、逆向工程原理及快速成型技术相结合设计的一种新型的颈椎椎弓根置钉个性化导航模版，试验旨在证明颈椎骨折患者通过数字化导航技术辅助颈椎经椎弓根螺钉置入，颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级中的Ⅰ级螺钉百分率可≥92%，置钉的准确率高，安全可靠。3参考文献ReferencesLotfiniaI,SayahmelliS,GavamiM.Postoperativecomputedtomographyassessmentofpediclescrewplacementaccuracy.TurkNeurosurg.2010;20:500-507.NakashimaH,SatoK,AndoT,etal.ComparisonofthepercutaneousscrewplacementprecisionofisocentricC-arm3-dimensionalfluoroscopy-navigatedpediclescrewimplantationandconventionalfluoroscopymethodwithminimallyinvasivesurgery.JSpinalDisordTech.2009;22:468-472.YoshiiT,HiraiT,SakaiK,etal.Cervicalpediclescrewplacementusingintraoperativecomputedtomographyimagingwithamobilescannergantry.E