Review颈椎椎弓根钉置钉方法的研究现状

　　作者：徐耿填综述，杜世新审校 作者单位：1.汕头大学医学院，广东 汕头;2.汕头大学医院第一附属医院骨科，广东 汕头

　　【关键词】 Review 颈椎椎弓根钉 置钉方法

　　颈椎由于创伤、肿瘤切除、畸形矫正等原因造成颈椎不稳定，需要重建颈椎的稳定性。既往使用侧块螺钉固定、钢丝脊突间固定、钩型钢板固定等固定技术，以上方法均固定颈椎的前柱加中柱或后柱，术后需要加用外固定才能保持其稳定性。1994年Abumi[1]、Jeanneret[2]等分别报道用颈椎椎弓根螺钉固定技术治疗颈椎损伤，由于其符合三柱固定原理，因此稳定性高，所需固定节段少，具有优良的生物力学稳定性[3]，临床应用发展迅速。但由于颈椎解剖结构和毗邻关系复杂，潜在血管、神经根和颈髓损伤的危险性，以及解剖变易、爆裂骨折移位等原因，置钉危险性及难度大，临床应用受到很大限制。颈椎椎弓根钉独特的三维稳定性，越来越多的学者对其进行更加广泛的研究。传统的徒手置钉方法得到了改进，导航技术的发展以及其在脊柱外科的广泛应用使颈椎椎弓根钉的置钉准确度有了进一步的提高，成为目前发展的趋势。本文就颈椎椎弓根螺钉固定的置钉方法研究现状做一综述。

　　1 徒手操作技术

　　徒手置钉可分为盲置法和直视下置钉法。盲视徒手操作通常暴露关节突、侧块等，以这些解剖标志确定进针点，采用开路尖锥或高速磨钻钻开椎弓根入针点处皮质，然后使用椎弓根探子缓缓沿椎弓根方向进入椎体，用球形探子检查辨别椎弓根内外侧及上下壁，判断是否穿破侧壁。

　　1.1 C2的进针方法

　　1.1.1 Smith法[4] 进针点位于C2、3关节中心的上3～5 mm，螺钉方向内斜10°～25°,向颅侧倾斜25°。

　　1.1.2 Xu法[5] 进针点位于椎板上缘向下约5 mm，椎管外侧缘向外7 mm处，向内倾斜33°，向上倾斜20°。

　　1.1.3 Bome法[6] 进针点位于C2下关节突后面，向内倾斜20°，向头侧倾斜22°。

　　1.2 C3～7的进针方法

　　1.2.1 Abumi法[1] C3～5进钉点为上位椎体的下关节突下端的略下方侧块外缘向内5 mm处，与椎体矢状面成25°～45°，C5～7与上终板平行，C4进针点略向头方倾斜，C3较C4再略向头方倾斜。进入深度C3、4 20 mm，C5～7分别是22、24、28 mm。

　　1.2.2 Jeanneret法[2] 进钉点位于侧块中部，距上关节面下方3 mm，进钉方向为内斜45°。C3、4椎弓根钉长度<26 mm，C5<28 mm，C6应<30 mm，C7<32 mm。

　　1.2.3 Ebraheim法[8] 于上椎体左右下关节突下缘连一横线，相邻椎骨侧块外缘连一纵线，进钉点为横线下1.6～6 mm，纵线内4.5～6.4 mm处，水平面上与侧块表面呈90°～100°，矢状面上与侧块表面呈30°～94°夹角。

　　1.2.4 吴战勇法[9] 将关节面背面画三角垂线分关节突为4等分，进钉点在C3～5为外1/3垂线上，距上位椎的下关节突下缘3 mm处。C6～7为在中垂线上，距上位椎的下关节突下缘2 mm处。进钉方向与椎体矢状线夹角C3～5为40°，C6～7为35°，C3～4向下呈5°，C5与椎体水平线平行，C6、7向上成5°。

　　然而，术中采用探子探查椎弓根壁的准确性与术者的经验、熟练程度、业务水平等有关，在不同的术者，重复性较低。

　　1.3 直视下置钉方法

　　1.3.1 椎弓根钉探查法 术中行椎板部分切除开窗以暴露椎弓根的上、下及内侧面，探清椎弓根，直视下穿钉。

　　1.3.2 管道疏通法[10] 先通过一锐利手锥开口，扩大皮质后，以刮匙刮除侧块内松质骨，当刮匙碰倒椎弓根管口皮质骨时会向骨质松软的椎弓根管腔内转向，显露喇叭口状的椎弓根管口，直视下置钉。

　　2 利用专用手术器械

　　近年来，国内外报道了多种颈椎椎弓根钉导向、定位器械的研制。李必文[11]研制了手持式颈椎椎弓根螺钉置钉瞄准器，胡宁[12]报道了椎弓根螺钉植入导向器。Reinhold等在尸体进行颈椎弓根钉瞄准装置准确性及安全性的实验研究，实验分为两组，一组应用较简单的手持式瞄准装置，仅通过连接椎管中线外部的简单装置确定椎弓根的内倾角度及矢状角度;另一组应用较复杂、精细的瞄准装置，包括射线可透性的调节臂框架，通过术前CT确定并自动调整椎弓根钉道的内倾角度及矢状角度。椎弓根道钻完成后采用特殊材料制造的钉子，使术后CT能更精确评价置入椎弓根钉的准确度。结果显示两组间准确率无明显统计学意义，但使用精细瞄准装置的一组严重错位的钉要比另一组明显减少[12]。专用手术器械由于增加操作复杂性，准确度无明显提高，在临床至今未见大规模推广应用。

　　3 应用影像技术的置钉方法

　　3.1 术前应用影像学方法测量的个体化置钉技术

　　傅一山等[13]在人标本上通过模拟颈椎弓根钉置钉手术过程，根据影像学测量确定进钉点和进钉方向，进行个体化置钉，结果显示个体化置钉技术准确性明显高于盲置法和开窗椎弓根探查法，同时证明了影像学测量方法是有效和可靠的[13]。

　　3.2 X线或C型臂X线机导航

　　在术中通过连续X线拍片或C型臂X线机透视下选择进钉位置和进针方向的调整。目前认为，此种方法浪费时间且丢失横断面信息，仅可提供静态信息，不能提供精确的进针方向及深度。每次摄X线片，透视只能获得一个图像，需要进行多次的机器摆放;机器十分笨重，影响手术操作。另一方面，采用此种方法，将增加患者的辐射量及延长手术的时间。文献报道传统X线片对于判断椎弓根钉的准确率不高，不良椎弓根钉发生率无明显下降。然而，也有人持相反的观点，认为术中X线片和透视是可以信赖的手段，对于发现不良钉非常敏感，其关键是术者要具备较为丰富的阅片经验和技巧。

　　4 导航技术

　　4.1 二维透视导航

　　应用二维透视获得椎弓根图像，并将需要置入的椎弓根钉叠加在图像上，经计算机技术处理后显示于显示屏上，将手术工具标出，作为一个参照点，使术者可以快速及时地看到图像并调整钉向钉位。应用此方法，每钉仅需要透视1次。可提供视觉信息，减少了置钉次数和辐射量、明显缩短手术时间，提高椎弓根钉置入的准确率。

　　4.2 Iso-C术中三维导航

　　Iso-C术中三维导航影像数据由电动C型臂X线机在术中即时影像三维重建获取。C型臂X线机自动连续旋转190°采集100幅数字点片图像并自动重建三维图像。将图像传输至导航系统，系统同时进行自动注册，为术者精确导航，其精确度可达到1 mm。田伟[14]等对比研究了C型臂X线机透视引导和IsoC术中三维导航辅助置钉的准确性，结果显示IsoC术中三维导航组螺钉置入满意率明显高于C型臂X线机透视引导组，且三维导航系统引导组位置不满意的螺钉发生于早期，导航系统使用熟练后再不出现置钉不满意的病例。Iso-C术中三维导航图像采集和传输时间只需要平均6.2 min(5～7 min)，每颗椎弓根钉定位针置入所需时间平均2 min(1～3.5 min);术中只需进行2次C型臂X线机透视印证螺钉定位针和螺钉置入的准确性。能明显缩短手术时间及减少辐射量，增加椎弓根钉置入的准确性。

　　4.3 CT三维导航

　　本法将术前螺旋CT检查所获得数据输入计算机导航系统，进行术前设计，采用单椎体或多锥体注册其标志点。根据其三维重建图像，在拟手术椎体后方表面分别选取至少三个解剖标志清楚的参考点，待术中进行点照合。安装示踪器，确保示踪器牢固固定于椎体上。调整位置传感器，注册并校准智能工具，在导航系统三维影像引导下，以指示器选择最佳椎弓根螺钉入点和方向，用数码摄像技术采集手术工具图像。在进行椎弓根钉内固定时，金属工具的位置被叠加至上述图像，使术者能够看到并及时调整其方向及位置。Richter[15]等回顾性研究了传统置钉方法与使用CT三维导航的计算机辅助外科操作系统(CAS)置钉准确性的差异，结果显示，使用CAS能明显减少置钉错误率，特别是C3～6椎弓根钉的置入。Takahashi[16]报道了应用基于CT的计算机辅助导航置钉系统椎弓根钉治疗类风湿性关节炎的颈椎关节脱位，认为导航系统下的椎弓根钉能安全的应用于类风湿性关节炎的颈椎破坏，导航系统在类风湿性关节炎的术前手术方案制定及椎弓根钉安全置入有重要作用。然而，一些学者却提出了相反的观点，Ludwig[17]使用Abumi法与计算机三维导航法作对照研究，结果椎弓根内置钉Abumi法准确率为88%，计算机导航法准确率为82%，他们的结论是：计算机导航法并不比Abumi手法置钉准确率高。

　　4.4 目标跟踪的三维图像导航

　　典型的目标跟踪的三维图像导航系统有动态参照装置、电子光学摄像装置以及各种外科手术工具。发光二极管或反射球同动动态参照装置、外科械相连接，以便于为电子光学摄像装置所追踪。光学追踪数字转换器测量手术室内装置的三维位置，并将此信息转至电脑工作站，手术器械与解剖结构的位置关系便得以显示并能够随时跟踪多个器械。Holly[18]等报道了三维导航下的经皮颈椎螺钉植入，应用发光二极管及电子光学摄像进行连续、实时目标跟踪，在C1～2植入关节螺钉，C3～6植入侧块螺钉，C7植入椎弓根钉，术后用薄层CT扫描评价螺钉植入的准确性，结果在总共植入42枚螺钉中，有41枚(97.6%)准确的植入，1枚椎弓根钉有较小的皮质穿破。Kotani[19]等报道了提高准确度的计算机辅助颈椎弓根钉置入方法，对比了传统的徒手操作椎弓根钉植入及应用目标跟踪的三维图像导航椎弓根钉植入，结果显示应用计算机导航能明显减少椎弓根的穿透率，(徒手组穿透率6.7%，实验组1.2%，P<0.05)。其他诸如机械、声音波或电磁等非光学定位技术也已经被应用于目标跟踪。由于排除了术中患者活动因素的干扰，目标跟踪的三维图像导航可以为术者提供精确的图像。

　　4.5 专用CT设备的术中即时导航

　　在手术室安装专用的CT设备，为手术进行即时导航，可简化注册精确度，消除了术中锥体节段性运动的干扰。其缺点是需要在手术室专门配备CT设备，需要特制的手术床，花费大，并存在一定的人机工程学问题[20]。

　　4.6 三维旋转X线图像配合MRI导航

　　Everrine[21]在尸体研究中首先获得三维旋转X线图像，再将获得MRI，将前者注册于后者，应用多媒体接口(MMD)交互信息最大化技术进行图像处理及导航。此法无侵袭性，较既往的最小截面拟合(LSF)法椎弓根钉植入的精确度有明显改善(P<0.01)，且既适于骨又适于软组织的手术导航。MRI可以随时反映出椎弓根探子或椎弓根钉尖部所作用的组织特征，实现即时导航。然而，设备的昂贵严重影响本法的普及和推广。

　　4.7 机器人辅助导航

　　目前，已有机器人辅助导航的自动化脊推外科器械问世。Ortmaier[22]等应用机器人导航方法成功的在人工骨和牛的脊椎上完成了钻孔和磨削，达到了预期的实验目的。机器人负责操作手术器械，导航系统用量确定手术器械的位置并补偿工作中的姿势误差。机器人可以精确地完成器械位置的置放并自动调整器械姿势。在不远的将来，这种技术有可能会应用于颈椎弓根钉手术，使椎弓根钉的植入达到自动化，更加精确的完成颈椎弓根钉的植入。

　　总之，传统的徒手颈椎弓根钉操作方法还在广泛应用。计算机导航技术的发展及完善并推广应用于颈椎椎弓根钉手术，使颈椎弓根钉的植入准确性及安全性明显提高，成为目前发展的趋势。

　　【参考文献】

　　[1] Abumi K,Itoh H,traneichi H,et al.Tanspedicular screw fixation for trauma tire lesions of the middle and lower cervical spine: description of the preliminary report[J].J Spinal Disord,1994,1:19-28.

　　[2] Jeanneret B,Gebhard JS,Magerl F.Tanspedicular screw fixation for articular mass fractureseparetion:results of an anatomical study and operative technique[J].J Spinal Disord,1994,3:222-229.

　　[3] Ralph K,Wolfgang R,Erich S.Biomechanical analysis of transpedicular screw fixation in the subaxial cervical spine[J].Spine,2004,29,17:1869-1875.

　　[4] Smith M,Anderson P,Grady MS.Occipitocervical arthrodesis using contoured plate fixation[J].Spine,1993,18:1984-1990.

　　[5] Xu R,Nadaud MC,Ebraheim NA,et al.Morphology of the second cervical vertebra and the posterior projection of the C2 pedicle axis[J].Spine,1995,20:259.

　　[6] Borne GM,Bedou GL,Pindaudeau M.Treatment of the pedicular fractures of the axis:a clinical study and screw fixation technique[J].J Neurosurgery,1984,60:88-93.

　　[7] Xu R,Nadaud MC,Ebraheim NA,et al.Morphology of the seceng[J].Spine,1995,20:2267.

　　[8] Ebraheim NA,Xu R,Knight T,et al.Morphometric evaluation of lower cervical pedicle and its projection[J].Spine,1997,1:1-6.

　　[9] 吴战勇，孙先泽，孔建军，等.颈椎椎弓根螺钉系统在颈椎的应用[J].中国矫形外科杂志，2000，10：960-961.

　　[10]谭明生，张光铂，移 平，等.管道疏通法行颈椎弓根螺钉置入的研究[J].中国脊柱脊髓杂志，2002，6：405-410.

　　[11]李必文，谭文甫，何 彬，等.手持式颈椎椎弓根螺钉置钉瞄准器的研制及意义[J].中国脊柱脊髓杂志，2006，4：287-290.

　　[12]Reinhold M,Magerl F,Rieger M,et al.Cervical pedicle screw placement:feasibility and accuracy of two new insertion techniques based on morphometric data[J].Eur Spine J,2007,1:47-56.

　　[13]傅一山，陈正形.个体化颈椎弓根钉置钉技术的实验研究[J].中国矫形外科杂志，2003，3、4：223-225.

　　[14]田 伟，刘亚军，刘 波，等.计算机导航系统和C型臂X线机透视引导颈椎椎弓根钉内固定技术的临床对比研究[J].中华外科杂志，2006，20：1399-1402.

　　[15]Richter M,Cakir B′Schmidt R.Cervical pedicle screws: conventional versus computerassisted placement of cannulated screws[J].Spine,2005,20:72280-72287.

　　[16]Takahashi J,Shono Y,Nakamura I,et al.Computerassisted screw insertion for cervical disorders in rheumatoid arthritis[J].EurSpineJ,2007,4:485-494.

　　[17]Luduig SC,Kramer DL,Balderston RA,et al.Placements of pedicles screws in the human cadaveric spine.Comparative accuracy of three techniques[J].Spine,2000,13:1665-1667.

　　[18]Holly LT,Foley KT.Percutaneous placement of posterior cervical screws using threedimensional fluoroscopy[J].Spine,2006,5:536-540.

　　[19]Kotani Y,Abumi K,Ito M,et al.Improved accuracy of computerassisted cervical pedicle screw insertion[J].J Neurosurg,2003,3:257-263.

　　[20]Haberlang N,Ebmeier K,Hliscs R,et al.Intraoperative CT in imageguided surgery of the spine[J].Medica Mundi,1999,43:24-31.

　　[21]Van de Kraats EB,van Walsum T,Verlaan JJ,et al.Noninvasive magnetic resonance to theredimensionel rotational X-ray registration of vertebral bodies for imageguided spine surgery[J].Spine,2004,29:293-297.

　　[22]Ortmaier T,Weisis H,Dobele S,et al.Experiments on robotassisted navigated drilling and milling of bones for pedicle screw placement[J].Int J Med Rot,2006,4:350-363.