引用本文： 吳超, 譚倫, 林旭, 胡海剛. 二維計算機輔助手術導航系統引導腰椎椎弓根螺釘植入及術后CT重組斷面評價. 中國修復重建外科雜志, 2015, 29(4): 452-456. doi: 10.7507/1002-1892.20150098 復制
經腰椎后路椎弓根螺釘內固定術是目前穩定重建椎體的重要方法之一，臨床應用廣泛[1-4]。但由于腰椎椎弓根解剖結構的復雜性和變化性，有文獻[5-8]報道椎弓根螺釘植入失誤率達20%以上，準確的椎弓根螺釘植入仍是目前臨床醫生面臨的嚴峻挑戰。Steinmann等[9]于上世紀90年代開始在脊柱外科手術中應用計算機輔助手術導航系統（computer-aided surgery navigation system，CASNS），提高了椎弓根螺釘植入準確率，并減少了放射線暴露時間和手術時間[10-12]，但CASNS技術更重要的作用是將既往憑經驗手術的方式向數字化、精確化及個體化推動，使脊柱外科手術達到更高要求。目前通過Mimics軟件的重新切割功能評價導航技術下植釘準確性及一致性的報道較少，為此我們于2011年開始應用二維紅外線引導CASNS（Brain LAB AG公司，德國）輔助腰椎椎弓根螺釘植入，術后患者行CT掃描，將CT資料導入Mimics14.11軟件；并沿椎弓根螺釘方向重新切割測量，將其數據與傳統X線透視下植釘患者進行比較，旨在通過Mimics軟件的重新切割功能探討二維CASNS對腰椎椎弓根螺釘植入準確性及一致性的影響，為臨床應用提供依據。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
2011年2月－2013年4月，共218例于我院行腰椎后路椎弓根螺釘內固定術患者被納入研究。患者術前均行X線片和CT檢查，均了解實驗方案并簽署知情同意書，實驗方案得到自貢市第四人民醫院倫理委員會批準。將患者隨機分為兩組，其中二維紅外線引導CASNS植釘組（導航組）95例，X線透視輔助植釘組（透視組）123例。
導航組：男56例，女39例；年齡26～89歲，平均62.3歲。腰椎骨折52例，退行性腰椎滑脫23例，腰椎間盤突出癥20例。手術共涉及252個腰椎椎體、504個椎弓根螺釘。透視組：男72例，女51例；年齡28～87歲，平均61.8歲。腰椎骨折68例，退行性腰椎滑脫30例，腰椎間盤突出癥25例。手術共涉及328個腰椎椎體、656個椎弓根螺釘。兩組患者性別、年齡及疾病類型等一般資料比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。
1.2 手術方法
手術均由具10年以上脊柱外科手術經驗的手術醫師施行，脊柱內固定器械均由山東威高骨科材料有限公司提供。患者于全麻下取俯臥位，手術床為全透X線；取腰背部后正中切口，按常規程序顯露所需固定節段的棘突、椎板及關節突。
1.2.1 導航組
使用二維紅外線引導CASNS，包括：主機工作站（軟件Trauma 3.0，德國）、雙目紅外光位置偵測儀及其支架、專用手術器械、C臂X線機（Siemens公司，德國）等。術中于需固定節段頭側或尾側棘突安置固定參考架，參考架方向以不妨礙手術操作為度，在參考架上固定反射球使其置于雙目紅外光位置偵測儀接受范圍內。在C臂X線機的圖像增強器上安裝校準板，放置XSPOT注冊器械，分別行所需節段正側位透視圖像，并在計算機工作站上注冊正側位（如有必要加行椎弓根軸位透視并注冊）。上述步驟完成后在計算機工作站上即建立起虛擬透視圖像，在該虛擬透視圖像上注冊導航下的手術器械，如椎弓根螺釘開口器、開路器以及所需植入的椎弓根螺釘等。此時在工作站顯示器上即可看到注冊好的虛擬器械，術中術者即可在虛擬影像輔助下植入螺釘。工作站正位透視圖像上開路器的尖端應位于椎弓根卵圓形透光中心內但偏外進入，側位透視圖像上開路器的虛擬延長線應與椎體上終板相平行（圖 1a、b），且以合適的內傾角度穿刺，而后在導航引導下以類似方式植入螺釘（圖 1 c、d）。安置橫連桿，采用后外側椎板及橫突間植骨融合。
圖1
導航組患者，女，63歲，腰椎間盤突出癥，在二維紅外線引導CASNS下手術 ? 工作站正位圖像示虛擬開路器尖端與卵圓形椎弓根的關系 ? 工作站側位圖像示虛擬開路器矢狀位角度 ? 工作站正位圖像示虛擬椎弓根螺釘尖端與卵圓形椎弓根的關系 ? 工作站側位圖像示虛擬椎弓根螺釘矢狀位角度? ?圖 2 使用Mimics軟件重新切割矢狀面 ? 標準矢狀面圖像，不能顯示螺釘全長 ? 重新切割后的矢狀面圖像，可顯示螺釘全長，便于測量? ?圖 3 使用Mimics軟件重新切割橫斷面 ? 標準橫斷面圖像，不能顯示螺釘全長 ? 重新切割后的橫斷面，可顯示螺釘全長，便于測量
Figure1.
A 63-year-old female patient with lumbar intervertebral disc herniation in navigation group,who underwent an operation under the two-dimension computer-aided surgery navigation system ? The relationship between virtual opening tool and ovoid pedicle in anterior-posterior image ? The sagittal angle of virtual opening tool in lateral image ? The relationship between virtual pedicle screw and ovoid pedicle in anterior-posterior image ? The sagittal angle of virtual pedicle screw in lateral image? ? Fig. 2 Using Mimics software to recut the sagittal plane ? The full length of screw can not be displayed in standard sagittal plane ? The full length of screw can be displayed in recutting sagittal plane and can be convenient for measurement? ? Fig. 3 Using Mimics software to recut the cross-section plane ? The full length of screw can not be displayed in standard cross-section plane ? The full length of screw can be displayed in recutting cross-section plane and can be convenient for measurement
1.2.2 透視組
按譚倫等[13]以椎板邊緣對腰椎椎弓根螺釘進釘點個體化定位的方法行尖錐開道，根據患者術中位置及椎體傾斜旋轉情況，憑經驗和手感用開路器探出釘道，在釘道內放置定位針，透視腰椎正側位圖像，判斷釘道是否在椎弓根以外以及是否與椎體上終板平行。如果定位針位置合適，可按定位針方向擰入螺釘；如果透視檢查位置不滿意，則重新調整進針位置直至滿意。減壓和融合方法同導航組。
1.3 評估指標
患者術后5 d內均行以患椎為中心的正側位X線片及CT檢查。記錄比較兩組平均每枚螺釘的植入時間、出血量和術中C臂X線機透視次數，術中植釘一次性成功率。比較矢狀面螺釘植入角（sagittal screw angle，SSA）、椎弓根皮質與螺釘的關系（relationship between the pedicle cortex and screw，PSR）以及同一椎體雙側椎弓根螺釘矢狀面夾角（angle between sagittal screw on both sides，SBA）。
1.3.1 平均每枚螺釘植入時間
分別從顯露完成后安置固定參考架（導航組）和從椎體后方結構顯露完成后（透視組）開始計時，至最后1枚椎弓根螺釘成功植入后結束計時，該時間總和除以植入椎弓根螺釘總數，即為每枚螺釘植入時間。
1.3.2 CT測量
在CT工作站上導出患者術后完整Dicom數據集（層厚0.625 mm），導入Mimics 14.11軟件（Materialise公司，瑞士）進行圖像分析及測量。① SSA：在Mimics14.11軟件中選擇Menu bar＞Flie＞Online Relice＞Alone Plane命令，光標變為鉛筆形狀，在標準橫斷面窗口上單擊鼠標左鍵，繪制控制點。使控制點剛好通過所測量螺釘的尾端中心點和螺釘頭端頂點，則得到剛好通過螺釘全長的矢狀位圖像（圖 2）。選擇Menu bar＞Measurements＞Measure angle 命令，光標變為測量尺形狀，測量椎弓根螺釘中心線和椎體上緣（椎體前上方頂點與后上方頂點之間的連線）的角度即為SSA，兩線相交在椎體腹側（前方）讀數為正，背側（后方）讀數為負。② SBA：同例患者同一椎體雙側螺釘矢狀面夾角，即雙側SSA的差值。③ PSR：選擇Menu bar＞Flie＞Online Relice＞Alone Plane命令，光標變為鉛筆形狀，在標準橫斷面窗口上單擊鼠標左鍵，繪制控制點。使控制點剛好通過所測量螺釘的尾端中心點和螺釘頭端頂點，則得到剛好通過螺釘全長的斷面圖像（圖 3）。觀察螺釘在此斷面上的位置，評估椎弓根皮質與螺釘的關系，按3級分類[14-16]：椎弓根螺釘完整在椎弓根內為Ⅰ級，突破皮質≤2 mm為Ⅱ級，＞2 mm為Ⅲ級；Ⅰ、Ⅱ級為植釘成功。
1.3.3 術中植釘一次性成功率
首次穿刺椎弓根后探查釘道前端及四壁無異常并植入螺釘，且術后CT驗證PSRⅠ級者，定義為“術中植釘一次性成功”，不包括首次穿刺失敗而再次調整植釘的患者。
1.4 統計學方法
采用SPSS13.0統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料以率表示，組間比較采用χ2檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
患者均安全完成手術，其中透視組1例腰椎滑脫患者因一側S1椎弓根螺釘位置欠佳，在復位時進入S1孔而出現神經并發癥，經再次手術調整后好轉；其余患者未發生植釘相關并發癥，無切口感染。
導航組和透視組平均每枚螺釘植入時間分別為（6.4±2.3）、（6.1±2.2）min，出血量分別為（54.9±11.1）、（51.9±17.0） mL，兩組比較差異均無統計學意義（t=0.88，P=0.38；t=1.47，P=0.14）；但導航組平均每枚螺釘植入透視次數（0.7±0.3）次，顯著低于透視組（1.5±1.0）次，差異有統計學意義（t=-8.09，P=0.00）；植釘一次性準確率85.7%（432/504），顯著高于透視組72.3%（474/656），差異有統計學意義（χ2=30.19，P=0.00）。
導航組SSA和SBA分別為（3.7±0.9）、（1.7±0.8）°，均顯著低于透視組的（6.0±1.7）、（3.5±1.6）°，差異均有統計學意義（t= -26.92，P=0.00；t= -22.49，P=0.00）。導航組PSR結果為Ⅰ級472枚、Ⅱ級25枚、Ⅲ級7枚，植釘成功率為93.7%（472/504）；透視組分別為Ⅰ級563枚、Ⅱ級67枚、Ⅲ級26枚，植釘成功率為85.8%（563/656）；兩組比較差異有統計學意義（χ2=18.16，P=0.00）。
3 討論
3.1 CT重組斷面對于評價椎弓根螺釘位置的優勢
目前對于術后評價椎弓根螺釘位置以X線片測量為主[17]，但X線片測量有如下弊端：① 受投照位置、體位等影響。② 雙側螺釘位置的測量相互干擾。③ X線片上不能提供椎弓根橫斷面影像，不能直接測量椎弓根皮質與螺釘的關系。④ 分辨率不高，影響測量準確度。術后CT測量可明顯提高評價的準確程度，目前CT僅提供3個相互垂直的正交斷面，即原始橫斷面、矢狀面和冠狀面，但通常情況下植入的椎弓根螺釘并不是沿這幾個正交斷面走行，所以直接測量螺釘位置較困難。因此，我們利用Mimics軟件的任意角度切割重組功能，使重組的斷面正好沿椎弓根螺釘方向走行，這樣在這些斷面上就可較準確測量螺釘植入角度和螺釘與椎弓根皮質的相對位置。在本研究中我們術后也進行了DR攝片測量，但結果發現因椎體旋轉或投照中心偏離手術椎體的患者較多，樣本排除率較高，因此我們最終選擇采用術后CT重組斷面進行測量，獲得了較為準確的結果。
3.2 導航對于椎弓根螺釘植入的優勢
本研究中應用二維紅外線引導CASNS，該系統通過注冊后可在最多4副圖像（正位、側位、雙側椎弓根軸位）上實時顯示椎弓根螺釘進釘情況。結果顯示，導航組在未明顯提高植釘時間、出血量并減少了透視次數的情況下，提高了螺釘矢狀位方向的有效性及植釘一次性準確率。椎弓根螺釘平行于椎體上終板，并非僅僅是便于閱片，更是因為靠近終板的骨質強度更高，螺釘放置在此處的保持力明顯提高[18-19]，而且螺釘平行于椎體上終板可以更好地在術中通過相鄰螺釘角度即時評估所需固定節段的矢狀曲度[20]。本研究中，導航組植入的螺釘不僅與上終板平行程度高于透視組，而且患者同一椎體雙側螺釘的矢狀面夾角也更小，說明導航也提高了椎弓根螺釘植入的一致性。原因分析如下：① 導航組手術器械操作的進釘點和進釘方向是在計算機虛擬圖像指引下進行的，這一步驟可以即時反饋，術者在手術過程中可以了解螺釘位置、方向及深度，便于調整。② 導航組術中采集的正側位圖像直觀反映了椎弓根的情況；而透視組選定椎弓根進針點時需要更大的剝離才能了解椎弓根的解剖位置進行定位，往往受腰椎退變畸形的影響，因此操作誤差更大。③ 透視組術中通過定位針的影像來判斷進針點和釘道方向，并不是螺釘的真實反映，取出定位針擰入螺釘時其位置和角度還會受外力影響而發生改變，這些改變即使輕微也可能帶來不良后果。④ 導航組椎弓根植釘一次性成功率高于透視組。一次性植釘成功直接影響手術效果，多次穿刺會對原有解剖結構造成破壞，第一次穿刺留下的假道會對再次穿刺產生干擾，導致再次植釘操作困難，再次植釘很難調整到最佳位置和角度。
3.3 導航植釘的誤差分析和避免措施
應用二維紅外線引導CASNS輔助植釘成功率雖然高于透視組，但仍不能完全避免椎弓根螺釘矢狀位方向不佳以及螺釘突破椎弓根皮質的發生。本研究中導航組也出現了螺釘與椎體上終板成角較大以及螺釘明顯突破皮質的患者，其原因主要有：① 圖像的晃動：注冊器械在虛擬圖像中的顯示位置是相對的，其受參考架是否穩定、身體是否有移動甚至呼吸等的影響，當用注冊好的椎弓根開路器準備進釘點時，由于帶動參考架的松動或患者身體的移動，注冊的器械會在虛擬圖像中發生漂移，使定位不準確，無經驗的術者往往會選擇錯誤進釘點和方向。② 椎弓根內調整開路錐及螺釘方向有誤差：當準備好進釘點使用開路錐進入椎弓根時，在椎弓根內試圖調整方向，此時導航圖像上顯示虛擬開路錐方向有變化，但開路錐實際仍沿原方向前進，松手后螺釘矢狀位方向不佳。為減少上述情況的發生，我們在實踐中積累了如下經驗：① 手術應由有豐富經驗的脊柱外科醫生施行，術前必須熟練導航的操作過程。術中參考架的固定要牢靠，盡量靠近操作部位。如果術中參考架發生松動，將導致導航圖發生變化，使定位不準確，此時必須重新透視注冊后方能再次行導航下手術。② 參考架應牢固固定在相鄰椎體的棘突，并且保證在植釘過程中不會松動，所固定的棘突不能有骨折及峽部裂，且越靠近植釘椎準確度越高；參考架在注冊后若發生松動，應重新透視獲得原始圖像進行注冊。③ 術中操作應與傳統臨床操作相互印證，如果確信導航操作程序正確，應相信導航儀的正確性。④ 注冊后的開路器進入椎弓根后若試圖改變進釘方向應緩慢逐步進釘，松開開路錐待其穩定后在導航圖像上反復確認。⑤ 正位透視圖像上若椎弓根顯示不清，可加行椎弓根軸位（解剖投影），以提高植釘的準確性。
綜上述，二維紅外線引導CASNS可使椎弓根螺釘植入有更好的矢狀位方向和準確率，且手術時間及術中出血量并未明顯增加，有較好的應用前景；但二維紅外線引導CASNS缺少橫斷面圖像，不能在椎弓根平面上指導進釘方向，術中操作時會導致螺釘方向發生偏差，需引起注意。
經腰椎后路椎弓根螺釘內固定術是目前穩定重建椎體的重要方法之一，臨床應用廣泛[1-4]。但由于腰椎椎弓根解剖結構的復雜性和變化性，有文獻[5-8]報道椎弓根螺釘植入失誤率達20%以上，準確的椎弓根螺釘植入仍是目前臨床醫生面臨的嚴峻挑戰。Steinmann等[9]于上世紀90年代開始在脊柱外科手術中應用計算機輔助手術導航系統（computer-aided surgery navigation system，CASNS），提高了椎弓根螺釘植入準確率，并減少了放射線暴露時間和手術時間[10-12]，但CASNS技術更重要的作用是將既往憑經驗手術的方式向數字化、精確化及個體化推動，使脊柱外科手術達到更高要求。目前通過Mimics軟件的重新切割功能評價導航技術下植釘準確性及一致性的報道較少，為此我們于2011年開始應用二維紅外線引導CASNS（Brain LAB AG公司，德國）輔助腰椎椎弓根螺釘植入，術后患者行CT掃描，將CT資料導入Mimics14.11軟件；并沿椎弓根螺釘方向重新切割測量，將其數據與傳統X線透視下植釘患者進行比較，旨在通過Mimics軟件的重新切割功能探討二維CASNS對腰椎椎弓根螺釘植入準確性及一致性的影響，為臨床應用提供依據。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
2011年2月－2013年4月，共218例于我院行腰椎后路椎弓根螺釘內固定術患者被納入研究。患者術前均行X線片和CT檢查，均了解實驗方案并簽署知情同意書，實驗方案得到自貢市第四人民醫院倫理委員會批準。將患者隨機分為兩組，其中二維紅外線引導CASNS植釘組（導航組）95例，X線透視輔助植釘組（透視組）123例。
導航組：男56例，女39例；年齡26～89歲，平均62.3歲。腰椎骨折52例，退行性腰椎滑脫23例，腰椎間盤突出癥20例。手術共涉及252個腰椎椎體、504個椎弓根螺釘。透視組：男72例，女51例；年齡28～87歲，平均61.8歲。腰椎骨折68例，退行性腰椎滑脫30例，腰椎間盤突出癥25例。手術共涉及328個腰椎椎體、656個椎弓根螺釘。兩組患者性別、年齡及疾病類型等一般資料比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。
1.2 手術方法
手術均由具10年以上脊柱外科手術經驗的手術醫師施行，脊柱內固定器械均由山東威高骨科材料有限公司提供。患者于全麻下取俯臥位，手術床為全透X線；取腰背部后正中切口，按常規程序顯露所需固定節段的棘突、椎板及關節突。
1.2.1 導航組
使用二維紅外線引導CASNS，包括：主機工作站（軟件Trauma 3.0，德國）、雙目紅外光位置偵測儀及其支架、專用手術器械、C臂X線機（Siemens公司，德國）等。術中于需固定節段頭側或尾側棘突安置固定參考架，參考架方向以不妨礙手術操作為度，在參考架上固定反射球使其置于雙目紅外光位置偵測儀接受范圍內。在C臂X線機的圖像增強器上安裝校準板，放置XSPOT注冊器械，分別行所需節段正側位透視圖像，并在計算機工作站上注冊正側位（如有必要加行椎弓根軸位透視并注冊）。上述步驟完成后在計算機工作站上即建立起虛擬透視圖像，在該虛擬透視圖像上注冊導航下的手術器械，如椎弓根螺釘開口器、開路器以及所需植入的椎弓根螺釘等。此時在工作站顯示器上即可看到注冊好的虛擬器械，術中術者即可在虛擬影像輔助下植入螺釘。工作站正位透視圖像上開路器的尖端應位于椎弓根卵圓形透光中心內但偏外進入，側位透視圖像上開路器的虛擬延長線應與椎體上終板相平行（圖 1a、b），且以合適的內傾角度穿刺，而后在導航引導下以類似方式植入螺釘（圖 1 c、d）。安置橫連桿，采用后外側椎板及橫突間植骨融合。
圖1
導航組患者，女，63歲，腰椎間盤突出癥，在二維紅外線引導CASNS下手術 ? 工作站正位圖像示虛擬開路器尖端與卵圓形椎弓根的關系 ? 工作站側位圖像示虛擬開路器矢狀位角度 ? 工作站正位圖像示虛擬椎弓根螺釘尖端與卵圓形椎弓根的關系 ? 工作站側位圖像示虛擬椎弓根螺釘矢狀位角度? ?圖 2 使用Mimics軟件重新切割矢狀面 ? 標準矢狀面圖像，不能顯示螺釘全長 ? 重新切割后的矢狀面圖像，可顯示螺釘全長，便于測量? ?圖 3 使用Mimics軟件重新切割橫斷面 ? 標準橫斷面圖像，不能顯示螺釘全長 ? 重新切割后的橫斷面，可顯示螺釘全長，便于測量
Figure1.
A 63-year-old female patient with lumbar intervertebral disc herniation in navigation group,who underwent an operation under the two-dimension computer-aided surgery navigation system ? The relationship between virtual opening tool and ovoid pedicle in anterior-posterior image ? The sagittal angle of virtual opening tool in lateral image ? The relationship between virtual pedicle screw and ovoid pedicle in anterior-posterior image ? The sagittal angle of virtual pedicle screw in lateral image? ? Fig. 2 Using Mimics software to recut the sagittal plane ? The full length of screw can not be displayed in standard sagittal plane ? The full length of screw can be displayed in recutting sagittal plane and can be convenient for measurement? ? Fig. 3 Using Mimics software to recut the cross-section plane ? The full length of screw can not be displayed in standard cross-section plane ? The full length of screw can be displayed in recutting cross-section plane and can be convenient for measurement
1.2.2 透視組
按譚倫等[13]以椎板邊緣對腰椎椎弓根螺釘進釘點個體化定位的方法行尖錐開道，根據患者術中位置及椎體傾斜旋轉情況，憑經驗和手感用開路器探出釘道，在釘道內放置定位針，透視腰椎正側位圖像，判斷釘道是否在椎弓根以外以及是否與椎體上終板平行。如果定位針位置合適，可按定位針方向擰入螺釘；如果透視檢查位置不滿意，則重新調整進針位置直至滿意。減壓和融合方法同導航組。
1.3 評估指標
患者術后5 d內均行以患椎為中心的正側位X線片及CT檢查。記錄比較兩組平均每枚螺釘的植入時間、出血量和術中C臂X線機透視次數，術中植釘一次性成功率。比較矢狀面螺釘植入角（sagittal screw angle，SSA）、椎弓根皮質與螺釘的關系（relationship between the pedicle cortex and screw，PSR）以及同一椎體雙側椎弓根螺釘矢狀面夾角（angle between sagittal screw on both sides，SBA）。
1.3.1 平均每枚螺釘植入時間
分別從顯露完成后安置固定參考架（導航組）和從椎體后方結構顯露完成后（透視組）開始計時，至最后1枚椎弓根螺釘成功植入后結束計時，該時間總和除以植入椎弓根螺釘總數，即為每枚螺釘植入時間。
1.3.2 CT測量
在CT工作站上導出患者術后完整Dicom數據集（層厚0.625 mm），導入Mimics 14.11軟件（Materialise公司，瑞士）進行圖像分析及測量。① SSA：在Mimics14.11軟件中選擇Menu bar＞Flie＞Online Relice＞Alone Plane命令，光標變為鉛筆形狀，在標準橫斷面窗口上單擊鼠標左鍵，繪制控制點。使控制點剛好通過所測量螺釘的尾端中心點和螺釘頭端頂點，則得到剛好通過螺釘全長的矢狀位圖像（圖 2）。選擇Menu bar＞Measurements＞Measure angle 命令，光標變為測量尺形狀，測量椎弓根螺釘中心線和椎體上緣（椎體前上方頂點與后上方頂點之間的連線）的角度即為SSA，兩線相交在椎體腹側（前方）讀數為正，背側（后方）讀數為負。② SBA：同例患者同一椎體雙側螺釘矢狀面夾角，即雙側SSA的差值。③ PSR：選擇Menu bar＞Flie＞Online Relice＞Alone Plane命令，光標變為鉛筆形狀，在標準橫斷面窗口上單擊鼠標左鍵，繪制控制點。使控制點剛好通過所測量螺釘的尾端中心點和螺釘頭端頂點，則得到剛好通過螺釘全長的斷面圖像（圖 3）。觀察螺釘在此斷面上的位置，評估椎弓根皮質與螺釘的關系，按3級分類[14-16]：椎弓根螺釘完整在椎弓根內為Ⅰ級，突破皮質≤2 mm為Ⅱ級，＞2 mm為Ⅲ級；Ⅰ、Ⅱ級為植釘成功。
1.3.3 術中植釘一次性成功率
首次穿刺椎弓根后探查釘道前端及四壁無異常并植入螺釘，且術后CT驗證PSRⅠ級者，定義為“術中植釘一次性成功”，不包括首次穿刺失敗而再次調整植釘的患者。
1.4 統計學方法
采用SPSS13.0統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料以率表示，組間比較采用χ2檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
患者均安全完成手術，其中透視組1例腰椎滑脫患者因一側S1椎弓根螺釘位置欠佳，在復位時進入S1孔而出現神經并發癥，經再次手術調整后好轉；其余患者未發生植釘相關并發癥，無切口感染。
導航組和透視組平均每枚螺釘植入時間分別為（6.4±2.3）、（6.1±2.2）min，出血量分別為（54.9±11.1）、（51.9±17.0） mL，兩組比較差異均無統計學意義（t=0.88，P=0.38；t=1.47，P=0.14）；但導航組平均每枚螺釘植入透視次數（0.7±0.3）次，顯著低于透視組（1.5±1.0）次，差異有統計學意義（t=-8.09，P=0.00）；植釘一次性準確率85.7%（432/504），顯著高于透視組72.3%（474/656），差異有統計學意義（χ2=30.19，P=0.00）。
導航組SSA和SBA分別為（3.7±0.9）、（1.7±0.8）°，均顯著低于透視組的（6.0±1.7）、（3.5±1.6）°，差異均有統計學意義（t= -26.92，P=0.00；t= -22.49，P=0.00）。導航組PSR結果為Ⅰ級472枚、Ⅱ級25枚、Ⅲ級7枚，植釘成功率為93.7%（472/504）；透視組分別為Ⅰ級563枚、Ⅱ級67枚、Ⅲ級26枚，植釘成功率為85.8%（563/656）；兩組比較差異有統計學意義（χ2=18.16，P=0.00）。
3 討論
3.1 CT重組斷面對于評價椎弓根螺釘位置的優勢
目前對于術后評價椎弓根螺釘位置以X線片測量為主[17]，但X線片測量有如下弊端：① 受投照位置、體位等影響。② 雙側螺釘位置的測量相互干擾。③ X線片上不能提供椎弓根橫斷面影像，不能直接測量椎弓根皮質與螺釘的關系。④ 分辨率不高，影響測量準確度。術后CT測量可明顯提高評價的準確程度，目前CT僅提供3個相互垂直的正交斷面，即原始橫斷面、矢狀面和冠狀面，但通常情況下植入的椎弓根螺釘并不是沿這幾個正交斷面走行，所以直接測量螺釘位置較困難。因此，我們利用Mimics軟件的任意角度切割重組功能，使重組的斷面正好沿椎弓根螺釘方向走行，這樣在這些斷面上就可較準確測量螺釘植入角度和螺釘與椎弓根皮質的相對位置。在本研究中我們術后也進行了DR攝片測量，但結果發現因椎體旋轉或投照中心偏離手術椎體的患者較多，樣本排除率較高，因此我們最終選擇采用術后CT重組斷面進行測量，獲得了較為準確的結果。
3.2 導航對于椎弓根螺釘植入的優勢
本研究中應用二維紅外線引導CASNS，該系統通過注冊后可在最多4副圖像（正位、側位、雙側椎弓根軸位）上實時顯示椎弓根螺釘進釘情況。結果顯示，導航組在未明顯提高植釘時間、出血量并減少了透視次數的情況下，提高了螺釘矢狀位方向的有效性及植釘一次性準確率。椎弓根螺釘平行于椎體上終板，并非僅僅是便于閱片，更是因為靠近終板的骨質強度更高，螺釘放置在此處的保持力明顯提高[18-19]，而且螺釘平行于椎體上終板可以更好地在術中通過相鄰螺釘角度即時評估所需固定節段的矢狀曲度[20]。本研究中，導航組植入的螺釘不僅與上終板平行程度高于透視組，而且患者同一椎體雙側螺釘的矢狀面夾角也更小，說明導航也提高了椎弓根螺釘植入的一致性。原因分析如下：① 導航組手術器械操作的進釘點和進釘方向是在計算機虛擬圖像指引下進行的，這一步驟可以即時反饋，術者在手術過程中可以了解螺釘位置、方向及深度，便于調整。② 導航組術中采集的正側位圖像直觀反映了椎弓根的情況；而透視組選定椎弓根進針點時需要更大的剝離才能了解椎弓根的解剖位置進行定位，往往受腰椎退變畸形的影響，因此操作誤差更大。③ 透視組術中通過定位針的影像來判斷進針點和釘道方向，并不是螺釘的真實反映，取出定位針擰入螺釘時其位置和角度還會受外力影響而發生改變，這些改變即使輕微也可能帶來不良后果。④ 導航組椎弓根植釘一次性成功率高于透視組。一次性植釘成功直接影響手術效果，多次穿刺會對原有解剖結構造成破壞，第一次穿刺留下的假道會對再次穿刺產生干擾，導致再次植釘操作困難，再次植釘很難調整到最佳位置和角度。
3.3 導航植釘的誤差分析和避免措施
應用二維紅外線引導CASNS輔助植釘成功率雖然高于透視組，但仍不能完全避免椎弓根螺釘矢狀位方向不佳以及螺釘突破椎弓根皮質的發生。本研究中導航組也出現了螺釘與椎體上終板成角較大以及螺釘明顯突破皮質的患者，其原因主要有：① 圖像的晃動：注冊器械在虛擬圖像中的顯示位置是相對的，其受參考架是否穩定、身體是否有移動甚至呼吸等的影響，當用注冊好的椎弓根開路器準備進釘點時，由于帶動參考架的松動或患者身體的移動，注冊的器械會在虛擬圖像中發生漂移，使定位不準確，無經驗的術者往往會選擇錯誤進釘點和方向。② 椎弓根內調整開路錐及螺釘方向有誤差：當準備好進釘點使用開路錐進入椎弓根時，在椎弓根內試圖調整方向，此時導航圖像上顯示虛擬開路錐方向有變化，但開路錐實際仍沿原方向前進，松手后螺釘矢狀位方向不佳。為減少上述情況的發生，我們在實踐中積累了如下經驗：① 手術應由有豐富經驗的脊柱外科醫生施行，術前必須熟練導航的操作過程。術中參考架的固定要牢靠，盡量靠近操作部位。如果術中參考架發生松動，將導致導航圖發生變化，使定位不準確，此時必須重新透視注冊后方能再次行導航下手術。② 參考架應牢固固定在相鄰椎體的棘突，并且保證在植釘過程中不會松動，所固定的棘突不能有骨折及峽部裂，且越靠近植釘椎準確度越高；參考架在注冊后若發生松動，應重新透視獲得原始圖像進行注冊。③ 術中操作應與傳統臨床操作相互印證，如果確信導航操作程序正確，應相信導航儀的正確性。④ 注冊后的開路器進入椎弓根后若試圖改變進釘方向應緩慢逐步進釘，松開開路錐待其穩定后在導航圖像上反復確認。⑤ 正位透視圖像上若椎弓根顯示不清，可加行椎弓根軸位（解剖投影），以提高植釘的準確性。
綜上述，二維紅外線引導CASNS可使椎弓根螺釘植入有更好的矢狀位方向和準確率，且手術時間及術中出血量并未明顯增加，有較好的應用前景；但二維紅外線引導CASNS缺少橫斷面圖像，不能在椎弓根平面上指導進釘方向，術中操作時會導致螺釘方向發生偏差，需引起注意。
