骨科导航技术在上颈椎手术的应用进展

禤天航 综述，曹正霖，王 刚 审校

（佛山市中医院骨科，广东 佛山 528000）

骨科导航技术在上颈椎手术的应用进展

禤天航 综述，曹正霖，王 刚 审校

（佛山市中医院骨科，广东 佛山 528000）

上颈椎手术往往因其复杂的解剖结构以及众多的变异使得手术难度及风险加大，而且这些手术要求医生对上颈椎的手术操作相当熟悉。而近年来骨科导航兴起，使手术的定位及操作更加准确，手术风险大大降低。本文总结了导航技术在上颈椎领域的研究进展、成果以及对未来的展望。

上颈椎；寰枢椎；颅颈交界；导航技术

骨科导航技术是计算机发展所带来的骨科技术的新变革。所谓的导航，简而言之就是逆向工程原理，利用信号传输以及接收发射器的位置，通过计算机准确地计算出各位置点的有效位置数据，并虚拟出相关的手术角度及深度，使数据转化成图像以及动画，可以让医生准确了解患者病变部位有无解剖变异并且分析模拟手术的可行性。现把目前骨科导航在上颈椎领域的研究及成果综述如下：

1 目前的脊柱导航的分类

1.1 “C”或”G”型臂透视二维图像导航 在手术当中通过X线获得图像并输入计算机，然后由计算机引导下进行手术，好处是术中能即时更新，不需术前模拟，但是不能得到三维图像，这项技术更多应用在腰椎及下胸椎。

1.2 术前CT三维导航 术前通过CT对手术段进行三维重建，制定手术方案，然后确定术中可分辨的标记点，术中通过动态参考系统进行匹配，成功匹配后进行置钉。这项技术在颈椎及上胸椎应用相对较多。

1.3 术中即时三维导航(ISO-C) 这一项技术通过术中C臂机对手术段进行三维重建，并把图像传回导航系统进行自动匹配，无需进行人工点、面照合，虽然图像较CT图像模糊，但可以克服CT三维导航术中因体位变化等人为因素对真实图像的影响，并克服点选择及人工选择之间的误差所带来的匹配不成功。市面上这种导航越来越受到术者的青睐。

1.4 超声、MRI、PET-CT导航 目前国内较少用于应用，因价格更加昂贵，在国外偶有报导，在脊柱领域多应用于肿瘤的切除。

2 导航下上颈椎手术研究进展及成果

2.1 上颈椎前路颈前路手术 导航已被用于各种脊柱手术，但其在上颈椎前路的使用及相关报道是较为有限的，其原因如下：(1)上颈前路手术相对后路手术更为直接；(2)上颈椎前路手术较后路置钉更为成熟；(3)前路手术注册相对容易失败，且更易产生图像“漂移”误差。但是颈前路手术使用导航还是很有必要的，特别是在齿状突骨折时候选择前路放置齿状突螺钉及椎体肿瘤的切除时。齿状突螺钉可对骨折线加压起促进愈合作用，既能恢复寰枢椎的稳定性，也能保持寰枢椎的旋转活动功能，但置钉时固定空间较小，周围紧邻颈髓和延髓，若再因齿状突的先天性狭小缺损等变异无疑会加大大增加手术的风险。传统的手术靠术中时X线透视置入导针，一旦导针位置偏差或错误，难以使固定牢靠，而且须保证一次置钉到位，因为退出后重新置钉可使螺钉松动甚至术后退出。术中即时三维导航技术用双光束可显示多方位影像，动态模拟进钉手术路线及位置，提高手术的准确性，避免了因导针位置错误重放置造成的骨不连等并发症[1]。目前常用的ISO-C3D导航技术颈椎前路空心螺钉治疗齿状突骨折的适应证[2]主要有：(1)齿状突横向骨折：Ⅱ型、某些Ⅲ型如基底部横型骨折(2)齿状突不愈。陈孝均[3]报导了他们ISO-C 3D导航下颈前路空心螺钉治疗齿状突骨折的成果，20例单螺钉固定和7例双螺钉固定均达到理想置钉位置，术后均骨折愈合，无并发症的发生。Pirris等[4]在术中即时三维导航下进行颈椎前路手术，术中使用两套系统，包括BrainLAB (BrainLAB，Westchester,Illinois)系统及Stealth系统(Medtronic Inc，Littleton,Massachusetts)，对22例病例(包括前路寰枢椎不稳行齿状突螺钉固定等)进行切开、减压、前路齿状突螺钉置钉，术后导航置钉位置比非导航组位置好,术后无一病例需要翻修。而治疗陈旧性齿状突骨折往往因其不愈合率而不得不放弃前路而用后路融合方法，但贾宏磊[1]利用导航技术的精确性在使用前路齿状突螺钉治疗陈旧性骨折取得一定的效果，3例患者均得到骨性融合。他们得出经验是在导航下置齿状突螺钉，若骨折线为横行、移位不大时可用l枚螺钉固定。但l枚螺钉难以维持稳定位置时，比如粉碎性骨折或游离骨折，需双钉固定。而有鉴于前路注册失败率相对较高情况，张波等[5]探讨使用ISO-C3D导航前路齿状突螺钉手术时发现把导航示踪器放在Mayfield头架上，可有效避免了术中不小心的触碰产生图像的“漂移”误差，提高注册准确性。

2.2 上颈椎后路手术 上颈椎后路的安全置钉，一直是脊柱外科的一个难题，尤其是寰椎的置钉，一方面寰椎“椎弓根”较其他颈椎的小。另一方面，该部位时有变异以及缺如、椎动脉变异、“椎弓根”骨折或寰椎侧块骨折造成后路置钉难度加大。所以各界不断寻求一种相对安全的后路置钉方式。目前比较常用的有Magerl寰枢椎经关节螺钉，其固定相对于Gallie、Brooks及Halifaxs椎板甲固定融合技术在生物力学上有更强的优势，但在寰枢椎不能完全复位。鹅颈畸形或驼背、肥胖的情况下置入困难，影响固定强度。椎弓根螺钉系统和侧块螺钉系统有轻度移位的复位作用，Goel和Harms技术则采用寰枢侧块后方置钉和枢椎椎弓根钉棒技术，较Magerl技术更稳固，而且C1-2的关节面得以保留，但也易损伤神经及血管。Goel、HARMS技术均要切开静脉丛，显露侧块和颈2神经根，从而不可避免导致静脉丛出血，有时候止血比较困难，Goe等[6]报道了2例患者因出血过多而不得不改变手术的方式，如行寰椎关节间加压，对枕大神经产生刺激。与此同时，侧块螺钉与枢椎螺钉的间距更窄，安放横连困难，稳定强度受到一定的限制。而考虑到“椎弓根”的生物力学优势，经寰椎后弓螺钉逐步受到大家关注。C1后弓下方深部解剖结构可不必显露，损伤率也可降低，而且椎弓根钉在横连加压时可起到复位的作用。这也是前述的方法难以具有的。寰椎椎弓根钉技术也是目前流行而有效的技术，但是难度相对也更大，且有学者认为椎动脉沟处寰椎后弓高度小于4 mm应考虑侧块螺钉技术[7]。所以，配合骨科导航技术下置钉，能把以上几种术式的优势安全地发挥出来，并加快手术时间、减少出血量及螺钉穿破皮质的概率。例如Uehara等[8]利用CT三维导航导航下Magerl技术治疗寰枢椎不稳，螺钉穿孔率仅为2.6%，没有神经症状，远期随访没有患者没有产生不适，全部病例均能融合。Yang等[9]把24例寰枢椎不稳的患者随机编入ISO-C三维导航导航组并与微创组并进行比较，两组均使用寰椎侧块及枢椎椎弓根钉棒系统，导航组的平均手术时间为(130±5.4)min，平均出血量为(304.2±47.9)ml，远低于微创组，术后6个月亦均取得骨性融合。而结合打印出来的3D导航模板来进行手术，则加大了手术安全性与准确性，王建华等[10]对3例齿状突骨折并枢椎前脱位及1例齿状突旋转性脱位的患者在导航下行后路寰枢椎椎弓根钉棒固定术，他们将术前CT扫描寰枢椎薄层，将所得图像输入Mimics软件三维建模型，再进行寰枢椎结构分析，设计好钉道，同时采用逆向工程技术设计相应导航模板，并将其打印出来设计以作术前术中参考，也取得了相当良好的效果。而儿童的寰椎后弓相对于成人而言更加狭小，置钉更具挑战性。Attia等[11]利用O-型臂X线透视仪(O-arm)辅助脊柱导航在儿童的寰枢关节创伤性旋转脱位进行置钉椎弓根置钉，效果亦相当不错，7例病例中均无螺钉穿透皮质。临床研究表明，透视下或解剖标志下置入上颈椎螺钉的骨皮质穿出率可达29%～47%[12-13]，尽管出现报道的神经、血管并发症较少，但是通过骨科导航技术下置钉，这些意外往往能减少。

2.3 颅颈交界区手术 颅颈交界区的解剖结构复杂，而且还涉及众多的生物力学问题，所以一直都是手术的难点，特别是腹侧，有延髓、颅神经、椎动脉等重要结构，易于受压。经口入路是一个较好的直接减压选择，但是这个入路方式危险性较大，故常配合导航可准确地进行手术操作。Vougioukas等[14]通过Stryker导航下经口入路帮3例患者摘除颅颈交界区的肿瘤及一个风湿性寰枢椎半脱位患者减压置钉，他们术前模拟手术方法和手术路线，使手术范围误差小于1 cm。Temier等[15]报道了经口治疗斜坡及寰枢椎病变，包括唐氏综合征13例、先天性骨性畸形3例、斜坡肿瘤8例、他们应用Halo架上的固定环作为额外的注册标志点，大大提高注册准确度，结果显示导航系统的准确性可满足经口入路手术的需要。但是，临床上有的患者即使前方压迫解除，但由于关节失稳，仍可出现脱位导致加重，而且，先天性枕颈区畸形常伴有寰枢椎结构不完整，所以为了获得良好的稳定性需要跨越多节段行枕颈内固定融合术，例如枕颈畸形，常可采用后路融合的方式以维持关节的稳定。Yu等[16]利用三维CT导航辅助下治疗复杂的枕颈畸形也取得不错的效果，置钉准确率达98.1%，较准精度可平均达到1.8 mm。Neo等[17]通过实验对比得出结论：经验不足的医生在开展枕颈交界领域的手术时使用导航，手术精度更高，能更有效了解该区域的解剖变异，更好地掌握进钉深度，以保护相关组织，所以在导航技术下辅助颅颈交界区手术还是一个安全的选择。

3 骨科导航在上颈椎领域的未来展望

骨科导航有众多的优点，特别是在精确的定位以及减少医护人员射线量的摄入等方面。Gebhard等[18]比较了脊柱手术中使用计算机导航辅助手术与常规透视手术的结果，发现Iso-C计算机导航辅助手术医护人员的射线摄入量远远低于常规透视手术。但是其也存在一定的缺点，在使用CT导航技术情况下，由于体位的变化、椎板的咬除等人为因素，往往使手术的定位容易产生偏差，导致术前与术中的数据匹配出现偏差，使得数据需要重建，而且其追踪系统常常容易受到干扰，强光的影响、血迹的遮挡都会对对其造成干扰[19]。李书纲等[20]报导的36例导航下行脊柱椎弓根螺钉固定术的患者中有9例未能行导航，其中7例因为三维注册误差＞1.5 mm而失败，2例因为导航提示的进钉点与解剖标志明显不符而失败。与此同时，过高的仪器费用与相对较长的学习曲线也是阻碍这项技术发展的的重要因数[21]。因此，目前脊柱导航系统往往在某些大型医院只作为一种准确的定位手术辅助工具，而不能代替经验丰富的脊柱外科医生。而展望未来，国际对导航的研究更注重于与微创技术及医疗3D打印技术、有限元技术、虚拟手术技术、机器人手术技术的有机结合，将会使上颈椎骨科导航技术向更加科技化、多元化方面发展。并且随着科技的不断进步，笔者相信这一项技术将会越来越成熟和完善，也相信更多更加先进的科技会运用在上颈椎外科等脊柱外科领域。

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Application of orthopaedic navigation technology in upper cervical spine surgery.

XUAN Tian-hang,CAO Zheng-lin,WANG Gang.Department of Orthopaedics,Foshan Hospital of TCM,Foshan 528000,Guangdong,CHINA

Because of complex anatomical structures and variation,upper cervical spine surgery seems to be so difficult and risky for doctors,which requires the doctors to be quite familiar with upper cervical operation.In the recent years,the development of orthopedic navigation greatly improves the accuracy of the surgery and reduces the risk of surgery.This paper summarizes the research progress,the achievements in the field of navigation technology in upper cervical spine,as well as the vision of the future.

Upper cervical spine;Atlantoaxial;Craniocervical junction;Navigation technology

R687.3

A

1003—6350（2015）08—1180—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.08.0421

2014-10-14)

曹正霖。E-mail：fstcmcaozhenglin@sohu.com