可视化胸腰椎椎弓根钉道探子的设计及临床初步应用

赖必华 黄伟斌 王明森 李焕彬 王晓跃

自从胸腰椎椎弓根镙钉内固定在临床应用后,其逐渐变成胸腰椎后路手术中的主流内固定方式,其优良的生物力学特性得到临床医师广泛认可。尽管椎弓根镙钉置入方法比较成熟,然而临床上椎弓根镙钉置入位置不良仍然存在,特别是在胸椎及部分复杂病例中,镙钉置入位置不良现象更为常见,严重可合并血管及神经损伤等并发症［1-5］。设计出像椎弓根探子一样使用简便但又能准确无误地判断出椎弓根钉道四壁情况的术中工具,显得尤为重要。本研究中借鉴椎间孔镜设计理念,将椎间孔镜结构简化和外径缩小化,设计出可视化椎弓根探子(visual pedicle probe,VPP),并应用于临床,现将初步结果报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本组11 例需行胸腰椎椎弓根镙钉内固定患者,其中男7 例,女4 例；年龄26～61 岁,平均年龄(46.30±10.15)岁；胸腰段椎体骨折脱位伴不全截瘫1 例,胸腰段椎体骨折6 例,腰椎管狭窄症4 例。无脊髓损伤表现的胸腰椎骨折,行后路椎弓根内固定撑开复位术；骨折脱位伴不全截瘫行后路椎弓根内固定+复位+椎板切除减压+后外侧植骨融合术；腰椎管狭窄症行腰椎后路椎弓根内固定+椎板切除减压+经椎间孔椎间融合术(TLIF)。

1.2 VPP 的设计原理及制作 本研究中VPP 设计借鉴椎间孔镜概念,设计一种可连接内镜显像系统椎弓根探子(该设计已申请国家实用新型专利,专利号ZL201921826410.6)。该探子可直接置入椎弓根钉道内,并将椎弓根钉道各方向图像显示在显示屏上,从而准确判断椎弓根钉道位置是否良好,保证椎弓根镙钉置入准确性。具体原理如下：目前常用椎间孔镜包括镜体和镜尾两大部分。镜尾为与镜体延伸的外接部分,包括冷光源及成像系统接口、注水、出水通道接口及器械操作通道开口。镜体为一体化圆柱形结构,集成了镜头、器械通道、光源及成像通道、注水及出水通道。镜体外径6.3 mm,而其中镜头只有1.2 mm,器械通道3.7 mm。

VPP 也包括镜体和镜尾两部分,设计时将椎间孔镜体及镜尾中器械通道去除,只保留镜头、光源及成像通道和进出水通道,从而将镜体外径整体缩小至4.3 mm。见图1。人体胸腰椎椎弓根直径大部分在5 mm以上,4.3 mm 外径镜体能很轻松进入准备好的椎弓根钉道内。探子整体外形设计成圆柱形结构,探测器前方镜体部分设计直径4.3 mm 圆柱形结构,其内集成了镜头、光源及成像通道、注水及出水通道。后方直径及镜尾直径与椎间孔镜相同,以增强设备刚度,并能与常用的内镜成像系统及光源相连。见图2。

图1 可视化椎弓根探测器横截面示意图

图2 可视化椎弓根探测器实物图

1.3 术中VPP 使用方法及钉道位置判断 手术中先将VPP 目镜接口与内镜显示器相连,光源接口与冷光源机相连,注水通道经过输液管与生理盐水相接。

手术时骨膜下剥离双侧椎旁肌,显露棘突、椎板及双侧关节突关节,腰椎以横突中点连线与上关节突外缘连线交点作为进钉点,胸椎以横突上缘连线与上关节突中外1/3连线交点为进钉点。进钉点去皮质化后,开路器沿椎弓根缓慢进入,透视确认钉道位置良好后,弓丝制备钉道。然后将VPP 镜头部分缓慢放入椎弓根钉道内(见图3),打开与VPP 相连的显示器、冷光源及生理盐水,冷光源有照明作用,生理盐水能将探测器镜头周围渗血冲走保持视野清晰可见。探子镜头能将椎弓根钉道内部情况清晰显示在显示器上。医师根据显示器显示的椎弓根钉道上、下、内、外壁及前端的情况来判断椎弓根钉道是否完整和安全。如果四壁及前端均显示为骨质结构(见图4),提示钉道位置比较理想；如果有看到软组织、脂肪或硬脊膜,提示钉道位置不理想,需做相应调整。

图3 椎弓根探测器术中使用图

图4 椎弓根探测器显示椎弓根钉道四壁图像

1.4 观察指标及判定标准 ①术中钉道四壁完整性判断：如显示器图像显示钉道四壁及顶端均为骨质结构,则判断钉道良好。如钉道任何一个部位出现软组织则提示相应钉道壁破裂。②切口引流管拔出后复查胸椎或腰椎正侧位片及手术部位椎体CT 平扫及二维重建,在CT 片上评估镙钉穿破椎弓根方向及程度,并计算镙钉优良率。镙钉准确性分为4 级,0 级；镙钉完全位于椎弓根内；1 级：穿破椎弓根部分＜镙钉直径25%；2 级：穿破椎弓根部分为镙钉直径25%～50%；3 级：穿破椎弓根部分＞镙钉直径50%。0 级和1 级镙钉位置良好,2 级和3 级镙钉误置。

2 结果

所有患者术中VPP 均显示钉道四壁及前方均为骨质,提示钉道位置良好。置入椎弓根节段及数量：T104 枚,T116 枚,T128 枚,L19 枚,L25 枚,L34 枚,L48 枚,L56 枚。术后复查CT 提示所有镙钉位置良好,准确性分级均为0 级,镙钉位置优良率为100%。典型病例影像学资料见图5。

图5 典型病例影像学资料

3 讨论

3.1 VPP 的临床意义及优点 现阶段术中判断椎弓根钉道位置主要包括以下几种方式：①术中透视,该方法只能透正侧位片,因受体位及手术部位的影响,其只能反映钉道位置二维图像,准确性变化较大,部分椎体旋转病例更难以判断,术中正侧位透视能提高置钉准确性,但仍存在术中误置风险［6］,对术者技术要求高。有研究表明,传统透视辅助置钉具有约20%镙钉破壁率,3.8%严重破壁率,在位置不良患者中5.9%患者术后出现神经根刺激症状［7］。②术中导航及机器人辅助置钉系统,该系统判断准确率高,但也不能完全避免镙钉位置不良［8］。该类设备昂贵,术中使用繁琐,费时,且辐射量大［9,10］,难以普及应用。③椎弓根探子,手术中钉道准备好后最常用的探查钉道工具,用探子球头端贴钉道内、外、上、下四壁滑动,根据是否有落空感来判断椎弓根钉道四壁是否完整。因此该方法主要局限性就是不能提供钉道四壁的直接图像,依靠术者经验和手感来判断钉道四壁的完整性,可靠性因医师经验的差异而变化较大,而且术中发现钉道破裂也很难判断出是哪个方向钉道壁破裂,因此可靠性较差［11,12］。鉴于现有技术的不足,本研究中设计的VPP 具有比较实际的临床意义。VPP 理论上讲既具备了术中透视及椎弓根探子简便性,又具有高准确性,且不存在射线辐射的损害,设备简单,使用简便,易于普及应用。

3.2 可视化椎弓根探测器可靠性及使用要点 VPP 通过外接显像系统清晰准确地观察到椎弓根钉道周壁的情况,从而判断出椎弓根钉道位置是否良好,如果钉道位置不良,根据显示器图像可以准确的判断出哪个方向钉道位置不佳。本研究中所有螺钉钉道置入术中经VPP 确认良好,术后复查CT 结果验证了术中判断的准确性。从本研究初步应用结果看,椎弓根钉道探测器术中对钉道位置判断准确性高,可靠性好。

因器械外径为4.3 mm,因此术中必须用4.5 以上开路器处理完钉道后再置入VPP 进行观察,置入时需注意轻柔顺钉道方向缓慢进入,防止VPP 器械断裂。观察图像时需注意区分钉道上、下、左、右和前五个方向,如钉道有破裂便于明确具体哪个方向钉道破裂,为调整钉道位置提供指引。

如术中钉道出血较多,可采取将VPP 出水通道暂时封堵等措施以增加局部水压起到止血作用。

3.3 可视化椎弓根探测器的缺点及改进 因VPP外径4.3 mm,不适合应用于颈椎及部分椎弓根过细的病例,而颈椎及椎弓根直径较细病例椎弓根镙钉置入较为困难,更需要术中对椎弓根钉道位置作出精确判断。虽然术中使用VPP 探查每个钉道位置时间较短,约1 min,但连接VPP 各种通道需要一定时间,且占据一定的空间位置,可能增加临床医师使用的抵触心理,特别是在简单病例的使用中。因此未来尽可能将VPP 外径继续细化,尽量将图像显示屏、光源与探子一体化,便于使用,扩大其在临床中的使用范围,更好地为临床复杂椎弓根镙钉的置入提供帮助。

综上所述,VPP 在术中可准确地判断出胸腰椎椎弓根钉道位置情况,可有效避免置钉位置不良发生。本研究设计的VPP 仍需进一步改进,便于临床普及应用。因本研究病例数较少,选择病例相对简单,未获得钉道破裂的图像,且未行对照研究,需进一步研究来评价VPP 在临床中的实际使用价值。