三维导航引导下骨水泥椎体强化椎弓根钉在骨质疏松患者中的应用研究▲

吕浩然 杨进顺 黄 彦 赵 玉 吴登将

(广州医科大学附属第二医院骨外科，广州市 510260)

三维导航引导下骨水泥椎体强化椎弓根钉在骨质疏松患者中的应用研究▲

吕浩然 杨进顺*黄 彦 赵 玉 吴登将

(广州医科大学附属第二医院骨外科，广州市 510260)

目的探讨骨质疏松患者应用三维导航引导行骨水泥椎体强化椎弓根钉后椎体固定的临床效果。方法共51例骨质疏松患者，实验组28例于三维导航引导下应用骨水泥行椎弓根钉的椎体强化；对照组23例，术中C型臂X光机监视下应用骨水泥行椎弓根钉的椎体强化。术后2周内复查X线片比较，观察两组患者内固定物有无松动、骨水泥有无渗漏。结果术后所有患者腰痛及下肢神经压迫症状均明显缓解。术后复查X线片实验组均未发现椎弓根螺钉的松动、脱出或骨水泥周围渗漏，仅1例静脉渗漏；对照组患者发现1例螺钉松动，5例骨水泥渗漏；差别有统计学意义。结论三维导航引导下对骨质疏松患者行骨水泥椎体强化椎弓根钉固定，可防止椎弓根钉的松动、脱落，并确保无骨水泥渗漏，是一种理想的脊柱手术方法。

三维导航；骨水泥；椎弓根螺钉；骨质疏松

目前，脊柱外科领域中椎弓根钉、棒固定技术已经成为最常用的内固定技术。随着我国人口老龄化的日益加剧，越来越多的骨质疏松患者因脊柱疾病需要行脊柱椎弓根钉内固定手术[1]。但是，骨质疏松严重影响钉-骨界面的结合强度，椎弓根螺钉的稳定性大大下降，常常导致术后螺钉的松动、退出等并发症。因此，如何有效地防止螺钉松动、提高骨质疏松情况下椎弓根螺钉的稳定性，是一个关键性的难题。本院2011年 2月至2012年12月对28例严重骨质疏松患者应用三维导航引导成功实施了骨水泥椎体强化后椎弓根螺钉内固定，与传统X光机监测相比，大大地提高了手术的安全性及临床效果，总结如下。

1 临床资料

1.1 一般资料 本研究51例患者中，男22例，女31例；年龄为52～83岁，平均63.6岁；腰椎间盘突出症21例，腰椎管狭窄症16例，退变性滑脱并椎管狭窄5例，椎体骨折并后凸畸形7例，腰椎间盘突出并椎管狭窄2例。所有患者均有腰痛及下肢神经根症状，如下肢无力、胸背痛或间歇性跛行等。所有患者术前进行双能X线吸收骨密度仪的股骨颈骨密度测量。参考1999年中国制订标准，双能X线吸收测量仪(DEXA)测量峰值骨量(M±SD)为正常参考值，M>-1SD为正常；M<-2SD以上为骨质疏松症。术前并发症调查显示：糖尿病5例，高血压病11例，冠心3例，脑梗死2例。

1.2 设备和器械 我院2011年2月引进Siemens ISO-C3D Interface术中三维影像系统硬件的主机是专业图像工作站，运算速度快、图形处理能力强、可靠性高，被公认为目前较好的图像处理系统；双目红外线摄像机能为医生同时提供完备的有线(主动)和无线(被动)定位系统，医生既可以使用有线探针，也可以使用无线探针手术或是选用两者结合；导航系统还为各种手术应用提供了除支撑臂、定位框架、适配器、标记物和附件以外的专用的系列手术工具，这些手术工具都是根据各种手术的特点专门设计的，具有很高的精确度；美敦力公司的Stealth Station Sys导航软件系统涉及到大量的数据处理、图像重建，他所能够实现的大量功能与后台强大而复杂的软件支持密切相关。系统软件的复杂程度还在于它的兼容性和简便性，为了用户更加简单易懂地操作界面，使医生易于掌握，手术当中得心应手，软件在现行的导航系统上不但能提供完整的系统功能，而且为今后的升级预置了足够的上升空间，强大的三维重建功能使医生能毫不费力地迅速获得目标结构的三维重建影像，并且可按手术需要对三维影像进行操作、处理。

1.3 手术方法 51例患者中，随机抽取23例做对照组，普通C型臂X光机监测下椎体强化椎弓根螺钉固定；28例患者为实验组，行三维导航引导下椎体强化椎弓根螺钉固定。椎弓根螺钉固定3个节段(8枚)12例，2个节段(6枚)15例，1个节段(4枚)24例。固定节段最高为T8，最低为L5。所有患者均无明显的手术禁忌证。病人采用气管插管全麻，腹部垫高俯卧位。开启导航系统后常规向导航系统输入患者资料并选择3D-CT导航模式。病人采用俯卧位，常规消毒铺巾行后正中切口，根据术前确定的融合范围显露后方结构。剥离椎旁肌显露棘突、椎板、关节突，将参考架固定于临近的上位1～2椎体棘突，以不妨碍手术操作为标准。在C臂机影像增强器上安装好定位环，将参考环和参考架的反射球置于双目红外线摄像机的接收范围内。选择配准方式为点匹配法，在脊柱模板上调整上、下键选择导航的节段，使用有线引导棒点触关节突的影像与已注册的腰椎正侧位影像上相应的椎弓根解剖点重叠定位，选择椎弓根螺钉进钉点及进钉方向和深度，经孔道置入直径为3.5 cm的骨水泥套管，深度为30～40 mm。按说明调匀骨水泥，用注射器抽取后在透视监测下将骨水泥缓慢加压注入椎体，在透视下监测骨水泥的量和注入速度，平均每侧椎弓根注入2.8(2.4～3.4)mL。注入骨水泥的同时应密切注意患者的血压、心率和呼吸等指标变化。完毕后拔出骨水泥套管，选用合适直径和长度的螺钉拧入椎弓根内。然后进行椎板减压/神经根松解，必要时行椎间盘切除等操作，减压完成、骨水泥彻底凝固后进行上棒固定和矫形。术后1周带腰围或支具下床活动。

1.4 评价方法 将实验组患者术后2周内的X线片和对照组复查的X线片行比较，观察比较椎弓根钉、棒内固定物有无松动、骨水泥有无渗漏等并发症。

2 结 果

所有患者腰痛及下肢神经压迫症状均明显缓解，术后均未发生神经损伤及血管栓塞等并发症。对照组23例中有4例患者发生骨水泥周围渗漏迹象(见图1)，1例螺钉松动，无连接棒松动(共21.7%)。实验组28例均未发现椎弓根螺钉的松动、脱出及骨水泥向周围组织渗漏，仅1例(3.6%)骨水泥进入静脉内，见图2、图3。两组术后并发症发生率差异有统计学意义(P<0.05)。

图1 常规C形臂X光机监控下的椎体强化术后X光片，可见骨水泥位置向渗漏，水泥位置欠佳

图2 三维导航监控下椎体强化术后X光片，骨水泥无渗漏，水泥均在椎体前2/3，位置佳

图3 三维导航监控下椎体强化术后CT扫描片，螺钉角度深度均佳，骨水泥分布均匀，螺钉在水泥中心

3 讨 论

自椎弓根螺钉临床使用获得成功以来，椎弓根螺钉内固定系统因其解剖复位、短节段固定和三维坚强固定等优点而被迅速推广，是目前临床上应用最广泛的脊柱后路内固定方法[2]。然而对于骨质疏松患者，因其脊柱的骨质状况较差，不能给内固定物提供牢固的骨强度支持，随着负重的产生，内固定植入界面渐进地破坏而导致后期的内固定螺钉松动和脱落，容易使固定失败。

影响椎弓根螺钉稳定性的因素主要有螺钉的直径、植入位置和方向、进钉技术以及椎体的骨质状况等[3]。通过改进内固定螺钉的可膨大的设计，以分散固定界面应力，是预防螺钉松动的常用方法，可以在一定程度上维持和改善内固定强度，有利于患者早期下床功能锻炼和促进椎体间的骨融合。但是，较大直径的椎弓根螺钉增加了螺钉横截面，当螺钉截面积增大到占椎弓根横截面积的90%以上时，不但没能明显增加固定强度，反而易使椎弓根爆裂骨折，且增加直径对骨质疏松骨质不起明显作用[4]。有报道用骨屑或火柴棒状骨填充钉道以求稳定螺钉，限于局部钉道内植骨容积的有限性，其后期稳定效果至今未见肯定的报道。椎弓根是一狭小的结构，术中或术后螺钉一旦松动，重新固定将变得困难。这种情况下，需要对椎弓根螺钉的固定进行特殊的处理，以提高固定的强度，即为椎弓根螺钉的强化固定。骨水泥(PMMA)因机械强度高、固定牢靠、凝固迅速、操作方便等优点而成为目前临床上脊柱外科最常用的固化材料之一。

骨水泥强化后的椎弓根螺钉的稳固性取决于钉-骨水泥界面和骨水泥-骨界面的连接强度，骨水泥强化的椎弓根螺钉能显著提高螺钉的轴向拔出力和抗疲劳能力[5]。螺钉强化的方法主要有三种：①钉道强化是在已经开口-开路的标准椎弓根钉道内注射骨水泥后旋入椎弓根螺钉；②植入带侧孔的螺钉后再注入骨水泥；③椎体强化是注入骨水泥后植入椎弓根螺钉。钉道强化是先准备钉道，通过钉道注入骨水泥后植入椎弓根螺钉，钉道强化的骨水泥注射量较少，通常少于1 ml/钉道，螺钉的把持力有限，骨水泥注入椎弓根因螺钉挤压发生骨水泥椎弓根内泄漏的几率很高。骨水泥伴有聚合热损伤效应、毒性、不可吸收、等缺点，聚合反应时产生的高热可损伤周围的骨组织，误注和溢出的也有损伤脊髓和神经根的危险。带侧孔的螺钉是先植钉后通过中空的带有侧孔的椎弓根钉注入骨水泥，根据侧孔位置设定，骨水泥被注入椎体内或椎弓根内，注入骨水泥后的螺钉被强化。侧孔钉技术简便易行，节约时间，利于骨水泥凝固过程中的时机把握。带侧孔的钉需要加压灌注骨水泥，加压有利于骨水泥在松质骨内的弥散，提高与骨的接触面积，增加固定强度，当然也增加骨水泥泄漏的可能。此技术不足之处有骨水泥弥散不均匀，中空的螺钉强度不够而容易断钉，且费用较高。椎体强化是先经椎弓根注射骨水泥后旋入椎弓根螺，骨水泥在椎体松质骨中扩散，与骨的接触面增加，而且钉-骨水泥界面的连接强度相当牢固，因此椎体强化螺钉的稳定性得到更大地加强。国外报道此椎体强化方法可以显著提高椎弓根螺钉在骨质疏松患者体内的稳定性，有效地防止脊柱内置物的松动、脱出等并发症，是恢复骨质疏松脊柱稳定性的一种有效的方法，其作用强度较单纯骨水泥进行钉道强化更显著，取得了较好的临床效果[6]。但操作中因骨水泥早期的液态性质导致容易向椎体周围溢漏，不同医生因手术技巧的差异导致术后骨水泥渗漏率的报道也各不相同[7]。

计算机导航系统被应用于脊柱内固定是脊柱外科发展的一个重大成就，改变了脊柱外科医生长期依赖临床经验及依靠脊椎局部解剖特征来徒手置钉的观念，提高了置钉的准确性和安全性[8]。目前术中即时三维影像导航系统是临床最佳的导航系统，术中一次CT三维扫描，因术中患者体位未变而不存在图像匹配的误差，对脊柱后路结构解剖标志特征无要求。我院2011年引进术中CT即时三维导航系统以来，共完成骨质疏松脊柱椎弓根钉棒内固定手术28例，术中可准确控制手术器械的位置、入钉点、钻孔的方向、角度和深度的变化，同时三维影像可即时更新图像显示，术者在其辅助下可以按需要随意建立椎弓根螺钉最佳进入路径，随机设计、更改手术方案，术中操作形象化、多维化可以使骨水泥能有很好的分布且不发生渗漏，使螺钉按照最佳的路径有计划、精确地置入。手术中应注意对参考架进行牢固地固定，并对骨水泥注入时机及注入量进行严格的把握。因为过早过稀或量多易渗入血管及椎管内，过迟过稠或量少，骨水泥挤入骨小梁减少，起不到强化的效果。 因此，需在持续透视下将骨水泥缓慢加压注入椎体内，时刻监测骨水泥的量和注入速度。笔者的经验是单侧椎弓根骨水泥注入量以2.8 ml/钉道为宜。

本组28例患者在导航监控下植入胸、腰部的椎弓根螺钉，无1例发生神经、心血管及肺部损伤，术后复查X线片和CT，无螺钉松动和螺钉断裂。从术前、术后的影像学资料也可以明确看到螺钉均在椎弓根的骨水泥中心内，骨水泥弥散好，螺钉的角度、深度均佳，手术效果远好于传统C形臂X光机监控下的脊柱内固定手术结果。显示了在骨质疏松患者脊柱变异复杂、解剖结构越不明确的情况下，术中三维导航下椎体强化椎弓根螺钉相对于其他影像辅助系统的明显优势，是目前微创脊柱手术中的一种理想手术方法。

[1] Zhu Q,Kingwell S,Li Z,et al.Enhancing pedicle screw fixation in the aging spine with a novel bioactive bone cement:an in vitro biomechanical study[J].Spine (Phila Pa 1976),2012,37(17):E1030-E1037.

[2] Chen LH,Tai CL,Lee DM,et al.Pullout strength of pedicle screws with cement augmentation in severe osteoporosis:a comparative study between cannulated screws with cement injection and solid screws with cement pre-filling[J].BMC Musculoskelet Disord,2011,12:33.

[4] Hoell T,Huschak G,Beier A,et al.Vertebral osteoporosis:perfused animal cadaver model for testing new vertebroplastic agents[J].Spine,2010,1,35(25):E1449-E1454.

[5] Goost H,Kabir K,Wirtz DC,et al.PMMA augmentation of pedicle screws: results of a survey in Germany[J].Z Orthop Unfall,2012,150(3):318-323.

[6] 陈文瑶.骨水泥强化椎弓根螺钉固定的研究进展[J].中国矫形外科杂志,2010,18(3):227-228.

[7] Sawakami K,Yamazaki A,Ishikawa S,et al.Polymethylmethacrylate augmentation of pedicle screws increases the initial fixation in osteoporotic spine patients[J].J Spinal Disord Tech,2012,25(2):28-35.

[8] Larson AN,Polly DW Jr,Guidera KJ,et al.The accuracy of navigation and 3D image-guided placement for the placement of pedicle screws in congenital spine deformity[J].J Pediatr Orthop,2012,32(6):23-29.

微创医学技术信息动态

可用于微创技术中的光子器件

利用光来传递信息的光子集成电路，应该能够加速电子设备的小型化。不过，光子器件的研制，会面临一个挑战：它们的最小尺寸存在一个极限。光的衍射极限，决定了无法将光限制在比其半个波长更小的空间里。同时，光波长比任何纳米电子器件本身都要大10～100倍。

目前，科学家正在想办法突破这个极限：利用固态等离子体激光器来传递信息。等离子体激光器是一个由纳米半导体线和金属线构成的网格，网格相互交错，形成了一个个方形空腔，可以用来产生激光。由于这些方腔可以小至衍射极限的1/100，大概就可以达到计算机芯片上晶体管的尺寸。如果研究人员能够成功利用纳米线制备出上述方腔，产生微细的激光束，那么就有可能以这一进展为基础，制造出足够小的、适于安装在微型晶体管之前的光学系统。

StudyontheapplicationofPMMA-reinforcedpediclescrewsguidedby3Dnavigationinosteoporosispatients

LVHaoran,YANGJinshun*,HUANGYan,ZHAOYu,WUDengjiang

(DepartmentofOrthopedics,theSecondHospitalAffiliatedtoGuangzhouMedicalCollege,Guangzhou510260,Guangdong,P.R.China)

ObjectiveTo explore the clinical effect of poly methylmethacrylate(PMMA)-reinforced pedicle screws guided by 3D navigation on osteoporosis patients.MethodOf 51 osteoporosis patients, 28 of the experimental group were treated with PMMA-reinforced pedicle screws guided by 3D navigation, while 23 of the control by C-arm X-ray. 2 weeks after operation, pedicle screw loosening and PMMA leakage were monitored by X-ray.ResultSymptoms like backache and nerve compression of lower limbs in both groups alleviated obviously after operation. Postoperative X-ray showed: except for 1 venous leakage, no pedicle screw loosening or PMMA leakage were detected in the experimental group, while 1 developed pedicle screw loosening and 5 developed PMMA leakage in the control group(P<0.05).ConclusionPMMA-reinforced pedicle screws guided by 3D navigation can prevent the pedicle loosening and PMMA leakage for osteoporosis patients, indicating it as an ideal spinal surgery.

3D navigation; Poly methylmethacrylate; Pedicle screw; Osteoporosis

广东省医学科研基金项目(编号：A2011264)；广东省科技厅基金项目(编号：2011B031800251)

吕浩然(1971～)，男，博士，主任医师，研究方向：脊柱脊髓损伤。

R 687.3

A

1673-6575(2014)04-0398-04

10.11864/j.issn.1673.2014.04.03

2014-03-03

2014-05-03)

*通讯作者