多層螺旋c三維重建技術(shù)輔助下頸椎椎弓根螺釘植入的臨床應(yīng)用

多層螺旋c三維重建技術(shù)輔助下頸椎椎弓根螺釘植入的臨床應(yīng)用

脊柱弓根技術(shù)具有短節(jié)段三柱固定的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于下胸椎、腰椎和仙女骨疾病的治療。頸椎由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,經(jīng)椎弓根固定一直被視為高風(fēng)險(xiǎn)手術(shù)。自Abumi等首先開(kāi)展頸椎經(jīng)椎弓根固定以來(lái),為降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn),國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種植釘方法,如局部解剖定位法、椎板開(kāi)窗法、漏斗技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)等[4,5,6,7,8,9,10,11,12]。其中,局部解剖定位法植釘成功率低;椎板開(kāi)窗法植釘成功率有所提高,但關(guān)節(jié)突受力點(diǎn)破壞,降低了內(nèi)固定效果;漏斗技術(shù)對(duì)術(shù)者個(gè)人技能和臨床經(jīng)驗(yàn)要求較高;導(dǎo)航技術(shù)增加了手術(shù)的精確性,但設(shè)備昂貴,難以在基層醫(yī)院推廣。頸椎經(jīng)椎弓根固定的難點(diǎn)在于頸椎椎弓根變異較大,通用的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)在臨床植釘時(shí)僅可作為大體參考,個(gè)體化植釘才是應(yīng)對(duì)椎弓根變異、提高植釘準(zhǔn)確率的理想方法。研究表明,多層螺旋CT(multispiralCT,MSCT)三維重建技術(shù)可對(duì)脊柱進(jìn)行精確顯示。我們利用MSCT三維重建技術(shù),結(jié)合下頸椎標(biāo)本,進(jìn)行椎弓根植釘?shù)男g(shù)前評(píng)估、植釘參數(shù)的個(gè)體化測(cè)量及術(shù)后穿破率測(cè)評(píng),以期利用現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)備提高下頸椎椎弓根植釘?shù)陌踩浴?材料和方法1.1儀器和儀器8具防腐處理頸椎標(biāo)本,80個(gè)下頸椎椎弓根。供體均為男性;年齡16~65歲,平均41.5歲;為非頸椎相關(guān)疾病死亡,由昆明醫(yī)學(xué)院解剖實(shí)驗(yàn)室提供。MX8000型64層MSCT、SGI02Workstation4.01隨機(jī)工作站(Philips公司,美國(guó));C臂X線機(jī)(GE公司,美國(guó));常規(guī)頸椎后路器械、磨鉆(Stryker公司,美國(guó));頸后路椎弓根螺釘及植入器械(深圳司得瑪醫(yī)療器械公司);電子游標(biāo)卡尺(精度0.01mm,上海臺(tái)海工量具有限公司);游標(biāo)萬(wàn)能角度尺(精度2’,成都成量工具有限公司);水泡水平儀(精度25’,/2mm,北方精密水準(zhǔn)儀器實(shí)業(yè)有限公司);自制角度定位器、側(cè)塊切線測(cè)量器。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1掃描層和層厚視野180mm,電壓120kV,電流200mAs,螺距0.875,掃描時(shí)間0.75s/周,矩陣512×512,掃描層厚1.3mm,三維重建層厚0.6mm。1.2.2腰椎弓根重建檢測(cè)對(duì)8具標(biāo)本進(jìn)行容積掃描,采集的數(shù)據(jù)傳送至工作站,然后以容積成像(volumerendering,VR)和多平面重組成像(multi-plannarreformation,MPR)為技術(shù)手段,進(jìn)行三維重建及測(cè)量。(1)VR重建:為避免對(duì)目標(biāo)區(qū)遮擋,切除非目標(biāo)結(jié)構(gòu)區(qū);通過(guò)動(dòng)態(tài)各向旋轉(zhuǎn)判斷病情,確定手術(shù)節(jié)段、手術(shù)方式及標(biāo)記術(shù)中參考解剖標(biāo)志點(diǎn)(圖1)。(2)MPR重建及測(cè)量:以目標(biāo)椎體作為骨性標(biāo)志,參照VR信息,選定目標(biāo)椎體,采用統(tǒng)一窗寬(1500)、窗位(350)進(jìn)行軸位、矢狀位、冠狀位重建及測(cè)量。軸位重建:調(diào)整目標(biāo)椎體的雙側(cè)椎弓根呈最寬、對(duì)稱顯示,同時(shí)保持重建的橫斷面與雙側(cè)椎弓根中心軸線一致。該軸線即為椎弓根理想釘?shù)?其與側(cè)塊平面的交點(diǎn)即為理想入釘點(diǎn)(E點(diǎn))。測(cè)量指標(biāo):E點(diǎn)至椎體前緣的釘?shù)篱L(zhǎng)度即為椎弓根軸位骨性通道全長(zhǎng)(totalpediclelengthofaxialview,TLa);椎前與棘突后緣兩中點(diǎn)的連線為椎體中軸線,該線與椎弓根中軸線的交角即為外展角;E點(diǎn)至側(cè)塊切線的垂直距離,即為E點(diǎn)在側(cè)塊平面的橫坐標(biāo)(XE)。見(jiàn)圖2a。矢狀位重建:沿雙側(cè)椎弓根中軸線進(jìn)行矢狀位重建,調(diào)整與軸位相等的外展角,保持該中軸線為兩切面的同一理想釘?shù)?。測(cè)量指標(biāo):該線與側(cè)塊平面的交點(diǎn)即為E點(diǎn),測(cè)量并同時(shí)調(diào)整E點(diǎn)至椎體前緣的釘?shù)篱L(zhǎng)度(totalpediclelengthofsagittalview,TLs),使其最大程度與TLa相等,再次確保該中軸線的唯一性;該線與側(cè)塊平面的夾角為頭傾角;E點(diǎn)至該椎體下關(guān)節(jié)突尖端的距離即為E點(diǎn)在側(cè)塊平面的縱坐標(biāo)(YE)。見(jiàn)圖2b。冠狀位重建:在雙側(cè)椎弓根最窄處作垂直于椎弓根的冠狀面重建,觀察椎弓根橫截面形態(tài)有無(wú)變異。測(cè)量指標(biāo):雙側(cè)椎弓根內(nèi)外徑,以選擇螺釘最佳直徑,包括椎弓根峽部皮質(zhì)骨高度(pedicleheight,PH)、皮質(zhì)骨寬度(pediclewidth,PW)、松質(zhì)骨高度(pediclespongyheight,PSH)、松質(zhì)骨寬度(pediclespongywidth,PSW)。見(jiàn)圖2c。以上10個(gè)參數(shù)每個(gè)椎弓根均測(cè)量3次,取均值作為該椎弓根的個(gè)體植釘參數(shù)(表1)。1.2.3回采角度定位器時(shí)的定位安裝將標(biāo)本固定于臺(tái)架上,校準(zhǔn)水平,作頸椎后路常規(guī)正中切口,顯露MPR測(cè)量的下頸椎側(cè)塊,不需過(guò)多分離周圍軟組織。根據(jù)術(shù)前所測(cè)參數(shù)用電子游標(biāo)卡尺標(biāo)識(shí)E點(diǎn)至目標(biāo)椎下關(guān)節(jié)突尖端最低點(diǎn)的距離,側(cè)塊切線測(cè)量器標(biāo)識(shí)出E點(diǎn)至目標(biāo)椎體同側(cè)側(cè)塊最外側(cè)緣的距離,確定入點(diǎn)。磨去入點(diǎn)表面骨皮質(zhì)。角度定位器上預(yù)設(shè)出需穿刺椎弓根的理想外展角、頭傾角,用水平儀對(duì)定位器進(jìn)行校準(zhǔn)后,將角度定位器的固定角尖端固定于入點(diǎn)。用1mm克氏針沿定位器預(yù)先設(shè)計(jì)的角度作為定位導(dǎo)針穿刺,然后用開(kāi)路椎對(duì)穿刺通道逐漸擴(kuò)大,深度>20mm,探查,攻絲,再探查確認(rèn)無(wú)穿破后植入長(zhǎng)20mm的3.5mm椎弓根螺釘。術(shù)中用C臂X線機(jī)校準(zhǔn)。1.2.4椎弓根皮質(zhì)骨內(nèi)螺釘穿破方向以術(shù)前相同條件掃描植釘標(biāo)本后行MPR重建。軸位了解是否損傷椎動(dòng)脈及脊髓(圖3a);矢狀位了解有無(wú)損傷神經(jīng)根(圖3b);冠狀位觀察螺釘是否完全位于椎弓根松質(zhì)骨內(nèi),以及用于對(duì)螺釘穿破進(jìn)行量化測(cè)量,包括椎弓根峽部、椎弓根松質(zhì)骨出入口,以了解螺釘穿破方向(圖3c~e)。如發(fā)生穿破,標(biāo)示出該處椎弓根皮質(zhì)骨外緣界限。用角度測(cè)量工具作底邊為穿破點(diǎn)最外緣切線的90°角,作為穿破評(píng)價(jià)工具,將該底邊緊貼穿破螺釘?shù)淖钔饩?測(cè)量此處皮質(zhì)骨外緣至切線的垂直距離,則為穿破螺釘?shù)拇┢浦?同時(shí)記錄穿破方向。1.3螺釘穿透腰椎弓根皮質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)參照Richter分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),將螺釘穿透椎弓根程度分為3級(jí):1級(jí),螺釘位置滿意,穿透明確存在,但螺釘穿透椎弓根皮質(zhì)<1mm,剛破壁者歸入低一級(jí)別。2級(jí),螺釘穿透椎弓根皮質(zhì)>1mm,未對(duì)周圍組織造成明顯損傷,內(nèi)固定穩(wěn)定性良好,不需重植。3級(jí),螺釘穿透椎弓根皮質(zhì)>1mm,出現(xiàn)周圍血管、神經(jīng)等重要組織損傷或內(nèi)固定穩(wěn)定性差,需要進(jìn)行重植或取出。1.4統(tǒng)計(jì)方法采用SPSS11.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行分析。組間比較采用χ2檢驗(yàn),P值<0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2腰椎弓根分布特征單枚螺釘植入時(shí)間為(392±62)s。本組除1個(gè)椎弓根閉鎖、5個(gè)椎弓根冠狀位直徑<3mm不適于植釘,共植釘74枚;一次植釘成功率為95.95%(71/74)。其中68枚(91.89%)螺釘完全位于椎弓根內(nèi),其在不同節(jié)段椎弓根的分布如下:C385.71%(12/14),C486.67%(13/15),C592.86%(13/14),C6100%(15/15),C793.75%(15/16);6枚(8.11%)螺釘在矢狀位及軸位上發(fā)生穿破,其中1級(jí)5枚(6.76%),2級(jí)1枚(1.35%)。在發(fā)生穿破的螺釘中,向外側(cè)及外下側(cè)穿破4枚,向下方穿破1枚,向內(nèi)側(cè)穿破1枚,本研究穿破率與文獻(xiàn)報(bào)道解剖標(biāo)志定位法(47.37%)及椎板開(kāi)窗探查法(25.00%)比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);與文獻(xiàn)報(bào)道Abumi法(6.70%)、漏斗技術(shù)(7.10%)、管道疏通法(5.20%)及計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)(11.30%)比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。3植釘節(jié)段的msct檢查2007年5月-2009年11月,對(duì)28例下頸椎患者行椎弓根螺釘固定術(shù)。男16例,女12例;年齡19~69歲。病因:外傷19例,Chiari畸形3例,結(jié)核3例,神經(jīng)鞘膜瘤1例,脊膜瘤2例。術(shù)前常規(guī)頸椎MSCT檢查并行VR/MPR重建,評(píng)估病情,確定最短固定節(jié)段,采集目標(biāo)椎弓根植釘參數(shù)。根據(jù)術(shù)前測(cè)量,發(fā)現(xiàn)1個(gè)目標(biāo)椎弓根部分缺失、1個(gè)裂紋骨折,調(diào)整手術(shù)方案。手術(shù)采用后路常規(guī)切口顯露目標(biāo)椎體的椎板和側(cè)塊,在術(shù)前測(cè)量參數(shù)指導(dǎo)下,結(jié)合C臂X線機(jī),共植釘121枚。植釘節(jié)段:C320枚,C432枚,C529枚,C622枚,C718枚。術(shù)后17例(76枚)獲MSCT復(fù)查,67枚(88.16%)完全位于椎弓根內(nèi);9枚(11.84%)穿破,其中1級(jí)6枚(7.89%),2級(jí)3枚(3.95%)。4討論4.1vr定位問(wèn)題msct-圖n,n-p-d為了提高經(jīng)椎弓根植釘?shù)臏?zhǔn)確性,臨床醫(yī)師常以X線片和普通CT橫斷位片對(duì)病變進(jìn)行術(shù)前診斷和計(jì)劃。但X線片存在偽影及圖像重疊等,難以清晰分辨組織結(jié)構(gòu);普通CT缺少冠狀位和矢狀位圖像,測(cè)評(píng)易出現(xiàn)誤差,且X線片和普通CT片僅呈現(xiàn)二維關(guān)系,病椎整體關(guān)系需主觀推測(cè),治療方案和效果更多依賴于醫(yī)生的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)與技能。MSCT的VR可動(dòng)態(tài)任意方向旋轉(zhuǎn)脊柱,立體呈現(xiàn)病椎整體情況及與鄰椎之間的空間關(guān)系,結(jié)合圖像分割技術(shù),還可反映椎管內(nèi)突入或游離骨塊的空間構(gòu)象和準(zhǔn)確位置,利于選擇手術(shù)入路、方式和節(jié)段等;MPR可顯示任意剖面病變內(nèi)部細(xì)節(jié)及自動(dòng)測(cè)量,通過(guò)模擬理想椎弓根釘植入,測(cè)量術(shù)中所需參數(shù),有利于全面術(shù)前評(píng)估和規(guī)劃。結(jié)合C臂X線機(jī)術(shù)中透視校正,可降低人為因素,提高植釘準(zhǔn)確性。同時(shí)亦可減少C臂X線機(jī)術(shù)中透視次數(shù),降低患者及醫(yī)護(hù)人員輻射,縮短手術(shù)時(shí)間,也可降低麻醉風(fēng)險(xiǎn)和感染率。4.2維重建的應(yīng)用MPR軸位和矢狀位重建的指標(biāo)測(cè)量,應(yīng)盡可能保證選取的兩個(gè)位置是相同截面,以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和臨床實(shí)用性。但實(shí)際重建時(shí)發(fā)現(xiàn),因病變、體位及先天發(fā)育等原因掃描時(shí)難以顯現(xiàn)雙側(cè)對(duì)稱位的椎弓根,為此需要通過(guò)圖像切割、旋轉(zhuǎn)等技術(shù)調(diào)整,使目標(biāo)椎體的雙側(cè)椎弓根軸位圖像調(diào)整為對(duì)稱、最大寬度顯示,其橫斷截面與雙側(cè)椎弓根中心軸線所在的平面保持一致。然后根據(jù)其所測(cè)數(shù)據(jù),選擇具有相同對(duì)應(yīng)參數(shù)的矢狀位截面,保證所選平面是基本相同的測(cè)量平面。本研究8具頸椎標(biāo)本三維重建后發(fā)現(xiàn):1個(gè)椎弓根缺失,5個(gè)細(xì)小,均不適宜植釘,發(fā)生率占7.5%(6/80),提示國(guó)人男性下頸椎椎弓根變異較常見(jiàn)。通過(guò)三維重建,臨床醫(yī)師術(shù)前可對(duì)目標(biāo)椎體進(jìn)行精確測(cè)量,明確該椎弓根的形態(tài)大小,制定合理的手術(shù)方案。尤其對(duì)目標(biāo)椎弓根直徑<3mm及頸椎畸形或發(fā)育不良者,更具有臨床意義。4.3軸位像量化穿破程度對(duì)診斷結(jié)果的影響目前,臨床主要依靠頸椎雙斜位片及CT軸位片對(duì)螺釘穿破進(jìn)行評(píng)價(jià)。斜位片對(duì)螺釘位置的觀察精度較差(1mm),本研究中所有穿破者在雙斜位片上均無(wú)明顯表現(xiàn);而CT軸位像僅呈現(xiàn)螺釘?shù)囊粋€(gè)層面與椎弓根橫切面的關(guān)系,螺釘整體與椎弓根關(guān)系不明確,而且穿破方向也僅有內(nèi)、外側(cè)兩個(gè)方向的顯示,如同時(shí)使用軸位像顯示螺釘全長(zhǎng),金屬偽影又會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本研究利用冠狀位MPR圖像量化穿破程度,不僅使金屬截面顯示最小、偽影降到最低,而且使螺釘在椎弓根各個(gè)截面及方向上的穿破情況得以全面、直觀地顯示。同時(shí),結(jié)合軸位重建了解螺釘對(duì)脊髓及椎動(dòng)脈的侵犯情況,矢狀位重建了解螺釘對(duì)神經(jīng)根的侵犯情況,X線片了解內(nèi)固定的整體形態(tài)及穩(wěn)定性,從而使螺釘穿破測(cè)評(píng)更為精準(zhǔn)。這有利于積累手術(shù)經(jīng)驗(yàn),了解螺釘穿破與術(shù)后并發(fā)癥、后遺癥之間的關(guān)聯(lián)程度,以改進(jìn)手術(shù)方式,調(diào)整手術(shù)適應(yīng)證,降低手術(shù)潛在風(fēng)險(xiǎn)。4.4入點(diǎn)周邊骨皮質(zhì)的穩(wěn)定性本研究植釘一次成功率為95.95%。在標(biāo)本植釘過(guò)程中有3枚螺釘在首次植釘過(guò)程中感覺(jué)阻力較大、無(wú)握持感而退釘后重植。臨床操作過(guò)程中亦發(fā)現(xiàn)類似情況(如阻力大、落空感、無(wú)握持感),經(jīng)多次核準(zhǔn)發(fā)現(xiàn):(1)當(dāng)入點(diǎn)距側(cè)塊外緣距離過(guò)小(<1mm)時(shí),由于植釘工具精度及擔(dān)心損傷椎動(dòng)脈等原因,容易導(dǎo)致外展角變小而使植釘困難;(2)當(dāng)入點(diǎn)周圍側(cè)塊平面皮質(zhì)骨不平整時(shí),定位器尖端在固定過(guò)程中容易滑移而發(fā)生偏差,導(dǎo)致植釘失敗。經(jīng)調(diào)整參數(shù)及修整入點(diǎn)周邊骨皮質(zhì)后,二次均順利植入。這提示不僅參數(shù)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換是準(zhǔn)確植釘?shù)年P(guān)鍵,還需兼顧醫(yī)生主觀感覺(jué)及C臂X線機(jī)監(jiān)測(cè)。4.5螺釘穿破方式的比較本研究中74個(gè)椎弓根均嚴(yán)格按術(shù)前測(cè)量數(shù)據(jù)并結(jié)合C臂X線機(jī)監(jiān)測(cè)植釘,MSCT再掃描,MPR重建后發(fā)現(xiàn):68枚螺釘完全位于椎弓根內(nèi),6枚穿