三维c重建辅助下胸椎椎弓根螺钉置入术的应用

三维c重建辅助下胸椎椎弓根螺钉置入术的应用

脊柱内固定已广泛应用于临床应用。由于胸椎椎弓根远较腰椎椎弓根窄细、解剖变异度大,且胸椎与主动脉毗邻,导致胸椎椎弓根钉技术难度高,风险大。不良置钉率及血管损伤率高。胸椎椎弓根钉技术是脊柱外科难点之一。手术过程中确定进钉点及进钉方向,保证椎弓根螺钉的准确置入是手术成败的关键。CT检查对胸椎手术尤为重要,虽然CT测量椎弓根钉道参数已常规用于术前手术方案设计,但二维平面上的参数测定在实际手术解剖中的参考作用仍有一定局限性,对三维结构与进钉点关系的研究却较少。针对不同个体胸椎椎弓根形态学测量设计进钉点与钉道走向,制定个体化手术策略是必然趋势和临床发展方向,目前尚无一种广为接受的较为标准的三维CT定位方法及其相关详细测量步骤。探索和研究三维CT重建辅助个体化胸椎椎弓根钉定位技术极具临床应用价值。本研究采用CT三维重建量化辅助胸椎椎弓根钉置入,通过对尸体胸椎标本的实验比较三维CT辅助和徒手法置入胸椎椎弓根钉的准确性和风险螺钉发生率,旨在为胸椎椎弓根螺钉置入提供新的可行方法。1腰椎弓根螺钉的开颅手术方法选取四具福尔马林浸泡的新鲜成年胸椎(T1～T12)尸体标本(广州医学院解剖学教研室提供),剥离脊柱后方软组织,暴露棘突、关节突关节等骨性标志。所有标本均在实验前通过普通X光片检查排除胸椎存在的骨折、结核、肿瘤、严重侧凸畸形等病变。将四具尸体胸椎标本随机分为两组:三维CT辅助组和徒手组,每组两具标本。术前对四具尸体脊柱标本进行64排螺旋CT连续扫描,扫描部位从T1至T12,层厚、层距为2.0mm,薄层三维重建,重建层厚、层距为1.0mm。将重建的数据传送到工作站上,行三维重建,测量标定以下参数:椎弓根中轴线与椎体水平面之间的夹角(椎弓根水平位角TransverseSectionAngle,TSA);椎弓根中轴线与椎体矢状轴之间的夹角(椎弓根矢状位角SagitalSectionAngle,SSA);椎弓根内外皮质外缘之间的最短距离(椎弓根宽度Pediclewidth,PW);椎弓根上下皮质外缘之间的最短距离(椎弓根高度Pedicleheight,PH);(椎弓根长度Pediclelength,PL):起自双侧椎弓根解剖长轴与前方骨皮质的汇合点,止于小关节突后侧皮质骨。拟定进钉点:在轴位二维层面上找出椎弓根中轴在脊柱后缘的投影点,该点在脊柱三维图像上位于横突,上关节突和外侧椎板间。椎弓根螺钉置入:由同一位具有一定胸椎椎弓根螺钉置钉经验的骨外科医师分别以徒手法及根据三维重建后定位数据指导置入胸椎椎弓根螺钉。三维重建辅助组组根据上述拟定点为进针点,根据椎弓根SSA及TSA确定椎弓根螺钉的角度,根据测量的PW值选用适当螺钉,螺钉直径约为PW值的80%,深度约为PL值的80%。采用Magics9.55软件设计每个胸椎椎弓根的最佳进钉钉道时所测量的椎弓根螺钉通道长度及椎弓根直径选择植入螺钉的直径和长度,徒手组根据术前CT测量结果确定置入螺钉的直径和长度,螺钉直径一般为椎弓根横径的70%～80%,螺钉长度为椎弓根通道长度的80%左右。参照Kim徒手置钉方法,固定首先从尾侧开始,T10～T12进钉点为横突的平分线与椎板外缘的交点,T7～T9进钉点为横突上缘线与上关节突基底部外侧的交点处,T4～T6的进钉点在横突上1/3和椎板外侧缘相交处,T1～T3位于横突平分线与椎板外缘交点处。确定进针点的位置后,咬骨钳去除进钉点后方的骨皮质,胸椎开口器(直径2mm,钝头,前端略微弯曲)在进针点内探寻较软的椎弓根松质骨入口,开始时开口器前方弯曲部分朝外,当开口器插入15～20mm、内侧已超过椎管底部之后,拔出开口器,将弯曲的头端朝向内侧重新插入至术前CT测量的深度,待尖端为球形的探子确定四壁均为光滑连续的骨质后用丝锥攻丝,再次用球形探子探测,确定钉道四壁(任何落空感均说明骨皮质穿透,需要重新选择钉道),选择相应长度的螺钉按照开口器方向缓慢旋入螺钉。为便于术后CT观察,椎弓根螺钉均采用钛质螺钉。置钉时均不采用C臂X线机透视及其它辅助设备。将CT连续断层图像数据以DICOM格式保存后,导入三维重建Mimics13.1软件对两组标本的所有T1～T12椎弓根宽度、椎弓根通道长度及椎弓根水平面角进行测量,使用SPSS11.5软件包分别进行两样本均数间的t检验,差异均无统计学意义(P>0.05),认为两组标本的实验结果具有可比性。1.1腰椎弓根螺钉穿破部位采用术后CT断层扫描评价置钉的准确性。参照Kuntz的方法将置入的螺钉分为完全在椎弓根内的螺钉和穿破椎弓根皮质的螺钉;将穿破椎弓根皮质的螺钉进一步分级,Ⅰ级螺钉:螺钉穿出椎弓根皮质<2mm;Ⅱ级螺钉:螺钉穿出椎弓根皮质≥2mm且<4mm;Ⅲ级螺钉:螺钉穿出椎弓根皮质≥4mm。其中Ⅰ级、Ⅱ级螺钉中从椎弓根外侧壁穿出但从胸肋关节进入椎体者及Ⅰ级螺钉中从椎弓根上方或下方穿出者视为安全螺钉;Ⅰ级、Ⅱ级螺钉中从椎弓根内侧壁穿破者,Ⅱ级螺钉中从椎弓根上方或下方穿出者及Ⅲ级螺钉视为风险螺钉。1.2两种置钉方法间的置钉准确性比较所有数据应用SPSS11.5软件包进行处理。采用四格表χ2检验比较分析两种置钉方法间的置钉准确性有无统计学意义(检验水准α=0.05);采用两独立样本间的Mann-Whitney秩和检验分析两种置钉方法间的安全性有无统计学意义(检验水准α=0.05)。2置钉准确性分析使用Mimics13.1软件对两组标本的所有T1～T12椎弓根宽度、椎弓根通道长度及椎弓根水平面角进行测量,使用SPSS11.5软件包分别进行两样本均数间的t检验,差异均无统计学意义(P>0.05),认为两组标本的实验结果具有可比性。两组标本共置入螺钉96枚,三维CT重建辅助组和徒手组各置入48枚。三维CT辅助组:44枚螺钉完全在椎弓根内;4枚螺钉穿破椎弓根皮质(椎弓根外侧壁穿破3枚,椎弓根内侧壁穿破1枚);穿破椎弓根皮质的螺钉均为Ⅰ级螺钉,无Ⅱ级及Ⅲ级螺钉,其中4枚为安全螺钉,1枚为风险螺钉。徒手组:35枚螺钉完全在椎弓根内;13枚螺钉穿破椎弓根皮质(椎弓根外侧壁穿破9枚,椎弓根内侧壁穿破4枚);穿破椎弓根皮质的螺钉中Ⅰ级螺钉9枚,Ⅱ级螺钉3枚,Ⅲ级螺钉1枚,其中10枚为安全螺钉,3枚为风险螺钉。三维CT重建辅助组的置钉准确率(91.6%)高于徒手组(72.9%),两组比较为差异有统计学意义(χ2=55.813,P<0.001);三维CT重建辅助组风险螺钉的发生率(2.1%)低于徒手组(6.3%),两组比较为差异有统计学意义(χ2=18.942,P<0.05)。3认识三维ct辅助辅助胸腰椎弓根螺钉布置的必要性胸椎椎弓根窄细,解剖变异度大,且与主动脉毗邻,导致胸椎椎弓根钉技术难度高,风险大。不良置钉率及血管损伤率高。手术过程中一次性准确置入椎弓根钉是确保手术安全性和置钉稳定性的前提。确定椎弓根螺钉的进钉点及进钉方向,保证椎弓根螺钉的准确置入是目前对胸椎椎弓根钉技术研究的难点。在各种徒手置钉法中,目前以Kim徒手置钉法最为常用,该法强调椎弓根进钉点应根据不同的胸椎节段有所不同,比较符合胸椎椎弓根节段性差异的解剖学特点。徒手置钉方法主要是根据椎体后方横突、椎板及上关节突等骨性解剖标志确定入钉点,要求术者具有丰富的脊柱外科经验。各种徒手法其进钉点、进钉方向不尽相同,椎弓根皮质穿破率一般为6.2%～72.4%,因螺钉误置所导致的神经、血管、内脏损伤等并发症的发生率为0.9%左右。螺钉的准确植入主要取决于进钉点、进钉方向以及植入螺钉的直径和长度,人体胸椎椎弓根钉道参数具有较大的解剖变异性,不同个体、不同节段水平差异显著。胸椎椎弓根宽度以T4、T5处为界,上段胸椎由上向下逐渐减小,T5以下逐渐增加,TSA值由上向下逐渐减少,TSA过大,可使螺钉进入椎管伤及脊髓;TSA过小,可使螺钉穿出椎体,伤及胸腹腔内大血管及脏器;SSA过大,可伤及神经根,SSA过小,可使螺钉进入椎间盘。为提高置钉准确性,针对不同个体胸椎椎弓根形态学测量设计进钉点与钉道走向,制定个体化手术策略是必然趋势和临床发展方向,即对每一个不同的椎弓根施以相应的特殊置钉入点、方向或螺钉。CT测量椎弓根钉道参数已常规用于经椎弓根内固定的术前手术方案设计,但二维平面上的参数测定在实际手术解剖中的参考作用仍有一定局限性。目前对三维结构与进钉点关系的研究较少。尚无一种广为接受的较为标准的三维CT定位方法及其相关详细测量步骤。本研究采用CT三维重建量化辅助胸椎椎弓根钉置入,通过对尸体胸椎标本的实验探讨三维CT辅助置入胸椎椎弓根钉的准确性和风险螺钉发生率,为胸椎椎弓根螺钉置入提供新的可行方法。本研究采用螺旋三维CT重建对胸椎标本行三维及多平面二维重建,基于胸椎椎弓根个体独特的解剖特性,选定适当的进钉点、矢状角和水平角,对4个置入关键因素给予定量指导,提高了螺钉置入的准确性。实验中经二维及三维重建后确定经椎弓根轴线的真面,采取轴位椎弓根最宽层面寻找椎弓根轴线及三维切割的方法找椎弓根轴。对于在三维空间冠、轴、矢状面上旋转角度大的椎体,需采用三维模式下经过旋转切割等方法采集椎弓根轴线的真面,根据脊柱变异的程度,重建出的图像关键在于逐一调整重建出所需椎体的横断位图像,并显示出最佳椎弓根层面。我们利用三维CT重建在胸椎标本上设计双侧椎弓根最佳进钉通道信息,在实际置钉时根据每个椎体数据对每一个椎弓根进行准确的定位和定向,确保每一枚螺钉正确的植入位置和方向,真正做到对每一个椎弓根螺钉置入的个体化。从术后结果发现椎弓根在横断面上向前内走行方向从头侧向尾侧逐渐变化:从T1～T12此角度逐渐减小。我们实验测量结果发现胸椎椎弓根轴在胸椎后面的投影点:T1～T2在上关节突外缘内6～7mm,横突中线上3mm左右;T3～T12在上关节突外缘内4～6mm,横突中线上7～8mm,与EBRAHEIM等的研究结果一致。我们认为不同胸椎水平应有不同进针点,螺钉进针点在内外侧面上位置比上下方向上的位置更重要,因此下位胸椎进针点较上位胸椎位于关节突外缘更内侧一些。总的来说,上段胸椎螺钉更偏向内侧,中、下段胸椎轻度内偏或垂直。在置入螺钉的长度和直径上,目前一般认为直径为椎弓根的80%,长度为达椎体的70%为宜