脊柱椎弓根螺钉置钉技术研究进展

刘运潮 侯树勋 张宇鹏

脊柱椎弓根螺钉置钉技术研究进展

刘运潮 侯树勋 张宇鹏

脊柱；内固定器；椎弓根钉；体层摄影术，X 线；外科手术，计算机辅助

自从 1959 年 Boucher［1］在脊柱融合手术中应用椎弓根螺钉技术以来，由于其能够实现三柱固定、为脊柱提供即刻牢固固定、矫形力量强大、可大幅度提高融合率等优势，在脊柱外科手术中的应用日益广泛，已先后用于脊柱创伤、炎症、肿瘤、畸形和退变性疾病等的治疗，取得公认的良好效果［2］，在脊柱外科手术中有着不可替代的作用。尽管置钉技术日益成熟，但对于经验较少的年轻医生来说，准确置钉仍是一大挑战，置钉失误及与其相关的并发症仍时有发生，如内固定失败、硬膜撕裂、原有神经症状加重或出现新的症状、内脏损伤、血管损伤甚至主动脉损伤等［2-3］。因此，准确置钉对手术效果有至关重要的意义。为了提高置钉准确率，脊柱外科医生提出了各种不同的置钉方法，结合现代科技各个领域的进展创造性地应用了多种辅助方法，并进行了大量的实验研究和临床应用。笔者综合相关文献，将各种置钉方法，尤其是近年来广泛应用或较有前景的新技术进行总结，比较其实用性和优缺点，为脊柱外科医生提供参考。

按照置钉辅助方法的不同分别总结各项技术，主要包括徒手置钉技术、X 线辅助置钉技术、计算机导航技术和数字导航模板技术，并对椎弓根螺钉准确率的评价标准进行讨论。

一、徒手置钉技术

置钉技术包括确定螺钉进钉点和螺钉在轴位和矢状位上的倾斜角度。尽管不断有新的辅助技术出现，仍有相当多的医生倾向于采用徒手置钉技术。其中，最为关键的步骤是确定进钉点［4］。但由于无法直接看到椎弓根从而在直视下操作，而不得不通过后方解剖标志点进行推断。在早期，Roy-Camille 等［5-6］和 Krag 等［7］均总结了各自徒手置钉的操作方法，并在临床中被广泛应用，其中以横突、峡部和关节突关节为进钉点标志的方法应用最为广泛。但由于解剖标志有时不恒定，及在翻修和畸形的病例中解剖结构不够清晰，导致某些情况下寻找进钉点存在困难。

近年来，有学者在努力寻找更可靠的方法来提高徒手置钉准确率，但仍然高度依靠清晰的解剖标志［4］。在瑞士一个神经外科培训中心，17 名年轻医生在 X 线透视辅助下为 273 例置钉 1236 枚，共有 247 枚（20%）螺钉穿破椎弓根，135 枚（10.9%）在 2 mm 以内，65 枚（5.3%）在2～4 mm，47 枚（3.8%）超出 4 mm，16 例（5.9%）术后出现神经症状加重，且均与螺钉误置有关［8］。另有学者针对16 名住院医师的胸椎置钉情况进行了研究，共包括患者 32 例（268 枚螺钉），均在上级医师指导下操作，并有运动诱发电位和体感诱发电位监测，发现总体误置率达15%，T5准确率最低（69%），T5～8穿破数量占总数的近一半，且在部分节段，高年资医生的误置率甚至高于年轻医生［9］。上述研究表明，随着临床经验的增长，置钉准确率提高，置钉相关并发症减少；但即使是经验丰富的医生，仍有相当比例的置钉位置不佳，从而对临床效果产生影响。同时，目前的徒手置钉技术存在较长的学习曲线，且临床经验对置钉准确率的提高有限。

二、X 线辅助置钉技术

脊柱外科医生广泛应用术中 X 线透视辅助置钉。术中 X 线透视可以在二维图像上显示螺钉位置，然而，其无法提供三维立体图像，致使准确判断螺钉位置较为困难。有研究表明，正侧位透视优于单纯侧位透视［10］。但反对者认为，X 线辅助透视并不能提高徒手置钉准确率，反而会增加放射线暴露［11-12］。尤其是长节段脊柱畸形手术，放射暴露甚至可能对医患双方带来一定风险［13］。对于脊柱畸形病例，由于其解剖结构变异较多，徒手置钉更显复杂［14］。Rodrigues 等［15］在 29 例特发性脊柱侧凸手术中徒手置钉78 枚，即使按照 2 mm 标准（将螺钉穿出椎弓根皮质 2 mm以内者视为置钉准确），准确率也仅为 76.9%，且误差较大的螺钉均位于凹侧。Baghdadi 等［16］的研究认为，10 岁以下儿童病例超出皮质 2 mm 的螺钉比例高达 30.7%。另外，多数研究认为，较小的年龄对置钉准确率并无负面影响，儿童脊柱畸形手术置钉准确率甚至高于成人［17］。Baghdadi 等［16］认为，10 岁以上和 10 岁以下脊柱畸形患者置钉准确率无明显差别。有趣的是，随着术者经验的增长，螺钉内侧穿破率降低，但外侧穿破率有所提高［18］。但需要指出的是，作者采用的是 4 mm 标准，即认为穿破皮质 4 mm 以内的均视为置钉准确，这与其它研究难以比较［19］。由于评价标准不尽一致，上述各研究的置钉准确率很难进行横向比较，但多数研究表明，脊柱畸形病例的置钉准确率明显低于非畸形病例，说明 X 线辅助置钉技术在此类手术中效果不尽理想，必须寻找能够进一步提高置钉准确率的辅助方法。

三、计算机导航辅助置钉

随着现代影像技术和计算机技术的长足发展，以及医学对手术精准度的更高要求，在脊柱手术中出现了计算机辅助外科（computer assisted surgery，CAS）技术。1998年，Merloz 等［20］较早将计算机辅助导航用于脊柱外科手术，自此，各大学和研究机构设计了数百种导航系统，其中有些目前仍处于实验阶段。目前应用较为广泛的是ARCADIS Orbic 3 D（Siemens，德国）、Ziehm Imaging mobile C-arm technology（Ziehm Imaging，德国）、StealthStation O-Arm（Medtronic，美国）、eNLight and NavSuite（Stryker Corporation，德国）和 VectorVision（Brainlab，德国）［21］。计算机导航通过示踪器来确定椎体和器械的位置关系，从而实现实时模拟成像，可以辅助术前规划、术中置钉和截骨、置钉后验证等操作，从而提高手术效率、提高置钉准确率、提高临床效果。按照导航数据来源，导航系统可分为两种：基于容积图像的导航和 X 线透视导航。第一种导航系统基于容积图像，比如 CT 和 MRI 图像，并可进一步分为基于术前 CT 的导航和基于术中 CT 的导航；第二种导航应用术中 X 线透视图像，并可进一步分为二维 X 线透视导航和三维 X 线透视导航。

1. 基于术前 CT 的导航系统：基于术前 CT 的导航系统工作原理是，通过将术前获取的 CT 图像传输至导航系统，进行匹配和注册，利用手术区域的解剖信息实时成像，从而辅助手术操作。一项大宗病例对照研究包括患者1006 例，共 4500 枚胸腰椎椎弓根螺钉，将 CT 导航与X 线透视辅助置钉对比，按照 2 mm 标准，置钉准确率在腰椎为 96.4% 和 93.9%，在胸椎为 95.5% 和 79.0%，均有明显差异，且胸椎置钉准确率相差更大［22］。Meta 分析显示，导航置钉较徒手置钉皮质穿破几率明显降低（6% vs. 15%）［23］。由于与传统方法相比，导航置钉准确率更高，可以使术者更有把握应用直径较大的螺钉，并且对于畸形、翻修和微创病例适用性较好。但是，一项前瞻性对照研究显示，与传统 X 线透视辅助置钉相比，虽然基于术前 CT 的导航系统的应用可以减少术者的放射线暴露量至9.96 倍，且术中患者的放射线暴露量可能降低一半，但为了采集导航数据而进行的术前 CT 扫描则大大增加患者的放射线暴露量［24］。

2. 基于术中 CT 的导航系统：术前 CT 的误差问题促使临床医生寻找更加准确、便捷的导航方法，基于术中 CT（intraoperative computed tomography，iCT）的导航系统可以较好地解决上述问题。基于 iCT 的导航系统在胸腰椎置钉中显示出了较基于术前 CT 的导航系统更好的实用性，且学习曲线平滑［25］。在脊柱畸形病例中，应用 iCT 导航与术中 X 线透视辅助置钉的误置率分别为1.2% 和 5.2%，说明 iCT 导航可显著降低螺钉误置率［26］。iCT 系统的典型代表为 O-arm。O-arm 的技术优势在于：（1）术中采集影像数据；（2）自动完成注册，缩短了注册时间［27］。Ling 等［27］应用 O-arm 在 92 例胸腰椎手术中共置钉 467 枚，平均每例患者置钉 5.11 枚，其中 95.3% 完全在椎弓根内，穿出 2 mm 的占 3.4%，与 X 线透视组相比，置钉准确率大为提高，且手术时间无明显差异（5.25 h vs. 4.75 h），仅有 2 枚骶骨螺钉穿出前方皮质 1 cm，3 例硬膜囊撕裂，说明 O-arm 系统应用中并发症发生率较低。还有研究认为，尽管基于术前 CT 的导航与 O-arm 对于脊柱畸形的置钉准确率无显著差异，但 O-arm 组手术时间缩短一半［28-30］。上述研究均显示，基于 iCT 的导航系统实用性强，置钉准确率高，并发症少，而且注册时间短，注册误差较小。不仅如此，O-arm 还可以在置钉完成后对术区进行再扫描，对于评价术中置钉准确性，以便相应调整螺钉位置有着不可替代的作用，其准确度和特异度均较高［31］。虽然 iCT 显示了巨大优势，但仍有学者认为其置钉准确率并非如上述研究描述得那样高。一项应用 iCT 导航系统对包括 203 例、1148 枚螺钉的研究发现，高达 8.97% 的螺钉需要调整，其中颈椎、胸椎及腰椎需调整螺钉的比例分别为 18.42%、7.25% 和 8.80%，说明置钉的准确率有待提高；同时，术中 CT 的应用并未降低需要翻修的螺钉的比例［29］。不仅如此，iCT 导航还会增加术中医患双方的放射线暴露量。

3. 机器人系统：近年来兴起的机器人系统辅助置钉，为减少术中医务人员的放射线暴露提供了新的解决思路。然而，一项队列研究显示，机器人辅助置钉未穿破皮质的比例与传统置钉方法相比差异较小（83.6% vs. 79.8%），仅失血量降低，而手术时间无明显差异［32］。最新的 Meta 分析显示，机器人系统辅助置钉在临床效果上并不优于传统置钉［33］，甚至目前证据等级最高的临床研究认为，传统置钉方法更优（置钉准确率 93% vs. 85%）［34］。上述研究表明，机器人系统辅助置钉虽然降低了术中放射线辐射量，但可能使置钉准确率相应下降，其实用性值得商榷。

4. 基于 X 线透视的导航系统：基于 X 线透视的导航使脊柱外科医生可以在术中二维图像引导下进行操作。随着 3-D C-arm 技术的发展，三维 X 线透视导航逐渐获得脊柱外科医生的青睐，其可以通过球管的自动连续旋转，获得多个角度二维图像，在导航工作站上进行模拟三维重建，从而可实现类似于 CT 导航的功能。尽管图像质量不如 CT 导航，它仍然可以实现术中实时成像，且缩短术前准备和术中操作时间，使患者接受的辐射量减少［36-37］。

5. 计算机导航的优缺点：目前，仍有研究认为 CAS导航与传统置钉方法相比无明显优势，而且由于人口统计学方面的差异和评价标准的不同，各研究数据不尽一致，为此，Tang 等［38］针对当前的研究结果进行了 Meta 分析，共包括 3 个随机对照试验和 9 个回顾性对照研究，涉及 732 例 4953 枚椎弓根螺钉，结果显示，导航系统在置钉准确率和并发症方面明显优于传统置钉方法，其中仅有1.9% 的螺钉穿出皮质 4 mm 以上。另一篇系统综述认为，徒手置钉、X 线透视辅助、三维 CT 导航和二维 X 线导航的置钉准确率分别为 69%～94%、28%～85%、89%～ 100%、81%～92%［35］。综合以上研究，可以认为基于 CT的计算机导航系统准确率最高。

尽管 CAS 明显提高了置钉准确率，得到了广泛认可，但其仍有诸多不足之处：（1）任何原因导致的标志物移动，均需进行重新注册，从而导致手术时间延长；（2）术中注册的精度问题。光学系统精度约 0.3 mm，电磁系统则为 0.5～0.9 mm，在一般节段可以接受，但在椎弓根直径较小的节段则会造成较大误差；（3）为了验证导航的精确度，进行术中透视，增加了放射线暴露；（4）手术范围受限。由于一次注册最多可以保证 3～5 个椎体的应用，在一些需要长节段固定的手术中，需要多次注册，使得手术时间延长；（5）术中患者的呼吸运动会使示踪器相对其它未注册椎体产生移动，导致误差；（6）成本效益问题。一套 CAS 系统花费约 50 万美元，并需要在设备维护和软件升级方面持续投入，这对多数医疗机构来说是一个不小的负担［39］。尽管如此，CAS 导航仍然是脊柱手术便利和安全的辅助手段，相信随着技术的进步，上述状况会逐渐得到改善。

四、数字导航模板技术

由于徒手置钉准确率较低，多数导航设备价格昂贵且存在不同程度的注册误差，其它新兴技术多数仍处于实验阶段，部分临床医生开始将注意力转向数字导航模板技术（以下简称导板技术）上。所谓导板技术，即应用现代计算机三维重建技术、逆向工程技术和快速成形技术，术前采集患者 CT 数据，应用计算机进行三维重建、模拟置钉，并在脊椎模型上围绕虚拟螺钉生成进钉引导通道，在脊椎后方骨性结构上生成与之相匹配的模板，将上述通道和模板联合，形成虚拟导板，将数据导入快速成型机进行生产，获得手术导板。在术中，将导板置于相应脊椎后方并与骨性结构形成“锁扣”匹配，紧密结合，最后沿相应的进钉通道完成置钉操作［40-44］。

Radermacher 等［45］最早报道了导板技术，他们于 1998年以聚碳酸酯为原料，用铣床制造出导板，并首次将个体化导板技术应用于腰椎操作。2001 年，Goffin 等［46］将导板应用于寰枢椎置钉。2005 年报道了多节段联合导板，即将不同节段的脊椎导板合成一体进行制造，但精度不佳［47］。近年来，导板设计上增加了钻孔通道，并且导板与脊椎后方充分接触，增加了稳定性［48］。上述均是以尸体标本为对象进行的初步尝试，其进展预示着导板技术日益完善。Lu 等［41］于 2009 年应用光固化技术制造了腰椎导板，并首次应用于临床，同年进行了 C2椎板螺钉的尝试［42］，取得良好效果。2011 年，在颈椎置钉中应用导板技术，置钉 84 枚，其中 82 枚完全在椎弓根内［49］。

但导板技术是基于脊椎后方无软组织的假定情况，与实际情况不尽相符。而且，导板技术面临的另一大挑战是稳定性问题，即在术中放置导板时，其在人体 3 个坐标轴上的平移和旋转等 6 个自由度的稳定性。为了解决导板稳定性问题，最大限度避免残留软组织的影响，Merc 等［50］设计了多节段联合导板用于腰骶椎螺钉置入，并将导板支点仅置于小关节上，避开过多的软组织干扰，然后把多个导向孔桥接起来，大大提高了置钉准确率。作者为了降低多节段联合导板受体位的影响，术前采集 CT 数据时使患者俯卧位，理论上讲在提高精度方面会起到一定作用。

从上述研究可以看出，应用导板置钉有很高的准确率，还可以减少或避免术中透视相关的放射线暴露，同时相对于大型导航设备数百万元的造价，导板材料成本低廉，适合多数医疗机构应用。但其术前投入的人力成本较高，使其应用受到一定程度的限制。

五、置钉准确度评价标准

对置钉准确度的评价目前尚无金标准，各研究所采用的评价方法也不同，这就造成了各个研究间难以进行横向比较，从而无法准确了解各种技术的优劣。目前应用最多的评价方法是基于术后 CT 扫描的 2 mm 穿破标准，即认为穿破 2 mm 以内是可以接受的，2 mm 以上则是不安全的，但其评分者内信度（intra-rater reliability）有的为一致性差（κ=0.35）［51］，有的为一致性好（κ= 0.66～0.83）［52-53］，评分者间信度为一致性可（κ=0.45）［51］和一致性好（κ=0.65～0.85，ICC=0.62～0.69）（κ=0.66～0.83）［52，54-55］。最近的一项研究亦显示，“2 mm 标准”信度较差［56］，而且在脊柱侧凸病例中，由于胸椎侧凸弧顶凹侧硬膜外间隙较正常值更小，所谓 2 mm 安全区域并不完全适用。目前报道信度最好的是 Bai 等［40］的方法，即：0 级，椎弓根无破损；1 级，椎弓根穿破 2 mm 以内，或穿出 1 个螺纹以内；2 级，穿破 2～4 mm，或穿出螺钉直径的一半以内；3 级，穿破 4 mm 以上，或完全穿出椎弓根，但除了作者自己外，其它研究并未引用。值得注意的是，为了评价螺钉准确度而进行的常规术后 CT 扫描辐射剂量较大，因此，有学者应用低剂量 CT 进行螺钉位置评价，认为图像效果良好，并且放射线暴露量仅为0.37 mSv，比一般 CT 扫描低至少 20 倍［28］。

六、总结

（1）脊柱椎弓根螺钉的置入技术包括徒手置钉技术（包括解剖标志点技术、X 线透视技术）、计算机导航技术（包括二维 X 线导航、三维 X 线导航、基于术前 CT 的导航、基于术中 CT 的导航）和数字导航模板技术等；（2）在各种辅助技术中，应用最广泛的是 X 线透视辅助置钉技术，但其效果并不可靠；置钉准确率最高的是基于术中 CT 的导航和数字导板技术，但前者设备昂贵，后者术前准备时间较长；（3）目前螺钉准确率的评价标准并不统一，各研究难以进行横向比较，尚需进一步完善目前的评价方法；（4）术前检查、术中操作及术后复查相关的放射线暴露量需要引起临床医生高度关注，可以通过一定方法降低射线剂量。相信随着技术的进步和设备的改进，上述各置钉辅助方法的缺陷会得到进一步改善。

［1］ Boucher HH. A method of spinal fusion. J Bone Joint Surg Br，1959， 41-B（2）：248-259.

［2］ Gautschi OP， Schatlo B， Schaller K， et al. Clinically relevant complications related to pedicle screw placement in thoracolumbar surgery and their management： a literature review of 35，630 pedicle screws. Neurosurg Focus， 2011，31（4）：E8.

［3］ Soultanis KC， Sakellariou VI， Starantzis KA， et al. Late diagnosis of perforation of the aorta by a pedicle screw. Acta Orthop Belg， 2013， 79（4）：361-367.

［4］ Fennell VS， Palejwala S， Skoch J， et al. Freehand thoracic pedicle screw technique using a uniform entry point and sagittal trajectory for all levels： preliminary clinical experience. J Neurosurg Spine， 2014， 21（5）：778-784.

［5］ Roy-Camille R， Saillant G， Mazel C. Plating of thoracic，thoracolumbar， and lumbar injuries with pedicle screw plates. Orthop Clin North Am， 1986， 17（1）：147-159.

［6］ Roy-Camille R， Saillant G， Mazel C. Internal fixation of the lumbar spine with pedicle screw plating. Clin Orthop Relat Res， 1986，（203）：7-17.

［7］ Krag MH， Weaver DL， Beynnon BD， et al. Morphometry of the thoracic and lumbar spine related to transpedicular screw placement for surgical spinal fixation. Spine， 1988， 13（1）：27-32.

［8］ Nevzati E， Marbacher S， Soleman J， et al. Accuracy of pedicle screw placement in the thoracic and lumbosacral spine using a conventional intraoperative fluoroscopy-guided technique： a national neurosurgical education and training center analysis of 1236 consecutive screws. World Neurosurg， 2014， 82（5）：866-871.

［9］ Wang VY， Chin CT， Lu DC， et al. Free-hand thoracic pedicle screws placed by neurosurgery residents： a CT analysis. Eur Spine J， 2010， 19（5）：821-827.

［10］ Koktekir E， Ceylan D， Tatarli N， et al. Accuracy of fluoroscopically-assisted pedicle screw placement： analysis of 1，218 screws in 198 patients. Spine J， 2014， 14（8）：1702-1708.

［11］ Kim YJ， Lenke LG， Bridwell KH， et al. Free hand pedicle screw placement in the thoracic spine： is it safe？ Spine， 2004，29（3）：333-342.

［12］ Kim YW， Lenke LG， Kim YJ， et al. Free-hand pedicle screw placement during revision spinal surgery： analysis of 552 screws. Spine， 2008， 33（10）：1141-1148.

［13］ Parker SL， McGirt MJ， Farber SH， et al. Accuracy of free-hand pedicle screws in the thoracic and lumbar spine： analysis of 6816 consecutive screws. Neurosurgery， 2011， 68（1）：170-178.

［14］ Sarlak AY， Tosun B， Atmaca H， et al. Evaluation of thoracic pedicle screw placement in adolescent idiopathic scoliosis. Eur Spine J， 2009， 18（12）：1892-1897.

［15］ Rodrigues LM， Nicolau RJ， Milani C. Computed tomographic evaluation of thoracic pedicle screw placement in idiopathic scoliosis. J Pediatr Orthop B， 2011， 20（4）：195-198.

［16］ Baghdadi YM， Larson AN， McIntosh AL， et al. Complications of pedicle screws in children 10 years or younger： a casecontrol study. Spine， 2013， 38（7）：E386-393.

［17］ Ledonio CG， Polly DW Jr， Vitale MG， et al. Pediatric pedicle screws： comparative effectiveness and safety： a systematic literature review from the Scoliosis Research Society and the Pediatric Orthopaedic Society of North America task force. J Bone Joint Surg Am， 2011， 93（13）：1227-1234.

［18］ Samdani AF， Ranade A， Saldanha V， et al. Learning curve for placement of thoracic pedicle screws in the deformed spine. Neurosurgery， 2010， 66（2）：290-294.

［19］ Wu ZX， Huang LY， Sang HX， et al. Accuracy and safety assessment of pedicle screw placement using the rapid prototyping technique in severe congenital scoliosis. J Spinal Disord Tech， 2011， 24（7）：444-450.

［20］ Merloz P， Tonetti J， Pittet L， et al. Pedicle screw placement using image guided techniques. Clin Orthop Relat Res， 1998，（354）：39-48.

［21］ Manbachi A， Cobbold RS， Ginsberg HJ. Guided pedicle screw insertion： techniques and training. Spine J， 2014， 14（1）：165-179.

［22］ Waschke A， Walter J， Duenisch P， et al. CT-navigation versus fluoroscopy-guided placement of pedicle screws at the thoracolumbar spine： single center experience of 4，500 screws. Eur Spine J， 2013， 22（3）：654-660.

［23］ Shin BJ， James AR， Njoku IU， et al. Pedicle screw navigation：a systematic review and meta-analysis of perforation risk for computer-navigated versus freehand insertion. J Neurosurg Spine， 2012， 17（2）：113-122.

［24］ Villard J， Ryang YM， Demetriades AK， et al. Radiation exposure to the surgeon and the patient during posterior lumbar spinal instrumentation： a prospective randomized comparison of navigated versus non-navigated freehand techniques. Spine，2014， 39（13）：1004-1009.

［25］ Lee MH， Lin MH， Weng HH， et al. Feasibility of intraoperative computed tomography navigation system for pedicle screw insertion of the thoraco-lumbar spine. J Spinal Disord Tech， 2012.

［26］ Tormenti MJ， Kostov DB， Gardner PA， et al. Intraoperative computed tomography image-guided navigation for posterior thoracolumbar spinal instrumentation in spinal deformity surgery. Neurosurg Focus， 2010， 28（3）：E11.

［27］ Ling JM， Dinesh SK， Pang BC， et al. Routine spinal navigation for thoraco-lumbar pedicle screw insertion using the O-arm three-dimensional imaging system improves placement accuracy. J Clin Neurosci， 2014， 21（3）：493-498.

［28］ Abul-Kasim K， Strömbeck A， Ohlin A， et al. Reliability of low-radiation dose CT in the assessment of screw placement after posterior scoliosis surgery， evaluated with a new grading system. Spine， 2009， 34（9）：941-948.

［29］ Bydon M， Xu R， Amin AG， et al. Safety and efficacy of pedicle screw placement using intraoperative computed tomography：consecutive series of 1148 pedicle screws. J Neurosurg Spine，2014， 21（3）：320-328.

［30］ Kotani T， Akazawa T， Sakuma T， et al. Accuracy of pedicle screw placement in scoliosis surgery： A comparison between conventional computed tomography-based and O-arm-based navigation techniques. Asian Spine J， 2014， 8（3）：331-338.

［31］ Santos ER， Ledonio CG， Castro CA， et al. The accuracy of intraoperative O-arm images for the assessment of pedicle screw postion. Spine， 2012， 37（2）：E119-125.

［32］ Schatlo B， Molliqaj G， Cuvinciuc V， et al. Safety and accuracy of robot-assisted versus fluoroscopy-guided pedicle screw insertion for degenerative diseases of the lumbar spine： a matched cohort comparison. J Neurosurg Spine， 2014， 20（6）：636-643.

［33］ Marcus HJ， Cundy TP， Nandi D， et al. Robot-assisted and fluoroscopy-guided pedicle screw placement： a systematic review. Eur Spine J， 2014， 23（2）：291-297.

［34］ Ringel F， Stüer C， Reinke A， et al. Accuracy of robot-assisted placement of lumbar and sacral pedicle screws： a prospective randomized comparison to conventional freehand screw implantation. Spine， 2012， 37（8）：E496-501.

［35］ Gelalis ID， Paschos NK， Pakos EE， et al. Accuracy of pedicle screw placement： a systematic review of prospective in vivo studies comparing free hand， fluoroscopy guidance and navigation techniques. Eur Spine J， 2012， 21（2）：247-255.

［36］ Tian NF， Huang QS， Zhou P， et al. Pedicle screw insertion accuracy with different assisted methods： a systematic review and meta-analysis of comparative studies. Eur Spine J， 2011，20（6）：846-859.

［37］ Smith HE， Welsch MD， Sasso RC， et al. Comparison of radiation exposure in lumbar pedicle screw placement with fluoroscopy vs computer-assisted image guidance with intraoperative three-dimensional imaging. J Spinal Cord Med，2008， 31（5）：532-537.

［38］ Tang J， Zhu Z， Sui T， et al. Position and complications of pedicle screw insertion with or without image-navigation techniques in the thoracolumbar spine： a meta-analysis of comparative studies. J Biomed Res， 2014， 28（3）：228-239.

［39］ Manbachi A， Cobbold RS， Ginsberg HJ. Guided pedicle screw insertion： techniques and training. Spine J， 2014， 14（1）：165-179.

［40］ Bai YS， Niu YF， Chen ZQ， et al. Comparison of the pedicle screws placement between electronic conductivity device and normal pedicle finder in posterior surgery of scoliosis. J Spinal Disord Tech， 2013， 26（6）：316-320.

［41］ Lu S， Xu YQ， Zhang YZ， et al. A novel computer-assisted drill guide template for lumbar pedicle screw placement： a cadaveric and clinical study. Int J Med Robot， 2009， 5（2）：184-191.

［42］ Lu S， Xu YQ， Zhang YZ， et al. A novel computer-assisted drill guide template for placement of C2 laminar screws. Eur Spine J，2009， 18（9）：1379-1385.

［43］ Lu S， Xu YQ， Chen GP， et al. Efficacy and accuracy of a novel rapid prototyping drill template for cervical pedicle screw placement. Comput Aided Surg， 2011， 16（5）：240-248.

［44］ Ma T， Xu YQ， Cheng YB， et al. A novel computer-assisted drill guide template for thoracic pedicle screw placement： a cadaveric study. Arch Orthop Trauma Surg， 2012， 132（1）：65-72.

［45］ Radermacher K， Portheine F， Anton M， et al. Computer assisted orthopaedic surgery with image based individual templates. Clin Orthop Relat Res， 1998，（354）：28-38.

［46］ Goffin J， Van Brussel K， Martens K， et al. Three-dimensionalcomputed tomography-based， personalized drill guide for posterior cervical stabilization at C1-C2. Spine， 2001， 26（12）：1343-1347.

［47］ Berry E， Cuppone M， Porada S， et al. Personalised image-based templates for intra-operative guidance. Proc Inst Mech Eng H，2005， 219（2）：111-118.

［48］ Owen BD， Christensen GE， Reinhardt JM， et al. Rapid prototype patient-specific drill template for cervical pedicle screw placement. Comput Aided Surg， 2007， 12（5）：303-308.

［49］ Lu S， Xu YQ， Chen GP， et al. Efficacy and accuracy of a novel rapid prototyping drill template for cervical pedicle screw placement. Comput Aided Surg， 2011， 16（5）：240-248.

［50］ Merc M， Drstvensek I， Vogrin M， et al. A multi-level rapid prototyping drill guide template reduces the perforation risk of pedicle screw placement in the lumbar and sacral spine. Arch Orthop Trauma Surg， 2013， 133（7）：893-899.

［51］ Schizas C， Thein E， Kwiatkowski B， et al. Pedicle screw insertion： robotic assistance versus conventional C-arm fluoroscopy. Acta Orthop Belg， 2012， 78（2）：240-245.

［52］ Bai YS， Niu YF， Chen ZQ， et al. Comparison of the pedicle screws placement between electronic conductivity device and normal pedicle finder in posterior surgery of scoliosis. J Spinal Disord Tech， 2013， 26（6）：316-320.

［53］ Amato V， Giannachi L， Irace C， et al. Accuracy of pedicle screw placement in the lumbosacral spine using conventional technique： computed tomography postoperative assessment in 102 consecutive patients. J Neurosurg Spine， 2010， 12（3）：306-313.

［54］ Cho JY， Chan CK， Lee SH， et al. The accuracy of 3D image navigation with a cutaneously fixed dynamic reference frame in minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion. Comput Aided Surg， 2012， 17（6）：300-309.

［55］ Kim MC， Chung HT， Cho JL， et al. Factors affecting the accurate placement of percutaneous pedicle screws during minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion. Eur Spine J， 2011， 20（10）：1635-1643.

［56］ Lavelle WF， Ranade A， Samdani AF， et al. Inter- and intraobserver reliability of measurement of pedicle screw breach assessed by postoperative CT scans. Int J Spine Surg， 2014， 8：11.

（本文编辑：王萌）

Progress on spinal pedicle screw placement

LIU Yun-chao， HOU Shu-xun， ZHANG Yu-peng. Department of Orthopaedics， Xijing Hospital， the fourth Military Medical University， Xi'an， Shaanxi， 710032， PRC

HOU Shu-xun， Email： hsxortho@hotmail.com

Pedicle screw technology has been increasingly common in spinal surgery due to its advantages of three-column fixation， immediate fixation to the spine， strong orthopedic force， and significant improvement in fusion rate. To improve the insertion accuracy， a variety of screw systems have been proposed. The traditional freehand insertion has a rather long learning curve， and the contribution of clinical experience to the improvement of the insertion accuracy is limited. However， guided by imaging technologies， insertion accuracy is improved significantly. X-ray assisted screw insertion is the most common technology due to its lower economic cost and easier operation of the assisted equipment， but its accuracy in more complex cases like scoliosis needs to be improved. The new computeraided screw technology can provide accurate navigation in the surgery， but it is not common now due to high costs. Combined with 3 D printing technology， the digital navigation templates assisted technology can set tailored navigation template for each patient by accurate pedicle screw placement at an inexpensive price. However， this technique has not been widely used since it costs much time for preoperative designing. In this paper， the research development of freehand（unassisted）fixation， fixation by computer assisted navigation， fixation assisted by X-ray， and digital navigation template technique are summarized. Evaluation standards on fixation accuracy of pedicle screws are discussed to show the whole picture of pedicle screw placement for spine fusion.

Spine； Internal fixators； Pedicle screws； Tomography， X-ray； Surgery， computer-assisted

10.3969/j.issn.2095-252X.2016.08.009 中图分类号：R687.3

710032 西安，第四军医大学西京医院骨科（刘运潮）；100048 北京，解放军总医院第一附属医院全军骨科研究所（侯树勋、张宇鹏）

侯树勋，Email: hsxortho@hotmail.com

（2016-03-17）