3D计算机导航下经椎弓根骨水泥增强螺钉的应用
经皮椎体成形术逐渐成为骨质疏松性椎体压缩性骨折常用的微创手术治疗方式。近年来，骨水泥增强胸腰椎椎弓根螺钉内固定术开始用于治疗伴有骨质疏松的更复杂的疾患患者，如退行性脊柱疾患和畸形、原发或继发性脊柱肿瘤、感染以及脊柱返修术等。而骨水泥增强椎弓根内固定术的并发症成为脊柱外科医师的主要关注点。骨水泥渗漏可能损伤椎管内脊髓和神经。传统的椎弓根螺钉置钉法是在C型臂X线机等影像学引导下准备钉道后拧入螺钉，其准确性主要依赖于术者的经验，但再有经验的脊柱外科医师也很难保证徒手使椎弓根开路器时不打穿椎弓根壁和椎体皮质。在骨质疏松患者中椎弓根及椎体骨皮质变薄及强度下降使徒手置钉准确性更难以保证，而骨水泥灌注增强椎弓根螺钉更要求钉道准备的准确性以减少骨水泥渗漏。3D计算机导航下螺钉置入的准确性明显高于传统置钉法，从而可能减少钉道穿孔率，通过更好的骨水泥灌注达到更坚强的固定，理论上更有利于骨折愈合并减少骨水泥渗漏的可能。本文研究在3D计算机导航下经椎弓根骨水泥增强螺钉内固定术的安全性和有效性。
资料与方法
一、一般资料
病例纳入标准：①有明确手术适应证，退行性脊柱疾患或胸椎、腰椎骨折需神经减压内固定建立脊柱稳定性的患者；②通过脊柱定量CT（QCT）检查诊断骨质疏松，使用世界卫生组织提出的骨质疏松诊断标准：QCT＜80mg/cm3(相当于双光子骨密度仪DEXA的T- 值为-2.5) 。我院自2010年1月至2012年1月共有27例符合纳入和排除标准的不同脊柱疾患伴有骨质疏松患者接受了在3D计算机导航下经椎弓根骨水泥增强螺钉内固定术，其中男3例，女24例；年龄51~92岁，平均70.1岁；均为严重骨质疏松患者，QCT值为12.1~64.8mg/mm3,平均48.1mg/mm3；病种：退行性脊柱疾患18例，胸椎、腰椎骨折8例，内固定返修术1例。每例患者平均固定节段数为2.8个（2~5个），涉及脊柱节段：T91例，T113例，T124例，L13例，L28例，L310例，L418例，L520例，S18例。
所有患者术前均进行日本骨科协会（Japanese Orthopaedic Association, JOA）评分评估术前功能和疼痛。
3D计算机导航系统的组成：改进型C型臂CT系统（Arcadis Orbic 3D; Siemens® , Medical Solutions, Erlangen, 德国）、导航工作站和软件（The Stryker® Spine Navigation System, Version 1.2）、专用二极管光电子发射智能工具（患者示踪器、校准器、指点器、椎弓根尖锥和椎弓根开路器等）以及光电子接收3D运动测量系统（探测定位器camera）。
二、手术方法
麻醉满意后，患者取俯卧位，后路暴露脊柱后将患者示踪器固定于相应棘突。调整探测定位器使操作区位于探测覆盖区中央，注册智能工具和C型臂，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，传输至导航工作站并自动注册，从而使用智能工具进入操作区即可在工作站显示器上通过高清3D图像显示工具与椎体之间的相对关系，在导航下使用智能工具预测置钉大小及长度并准备置钉通道，使用椎弓根探子确保椎弓根皮质及椎体壁的完整性。以椎体成形术进行骨水泥灌注：导航下置钉通道准备后，插入导针随后沿导针插入KyphX骨定位系统（KyphX ® Osteo Introducer, Medtronic ® ,CA,美国），取出导针沿定位系统插入骨水泥填充器（KyphX ® Bone Filler Device, Medtronic ®, CA, 美国），将骨水泥（OSTEOPAL ® V，Heraeus Holding ®， Wehrheim，德国）充分混合，3min后往每个螺钉通道打入两管1.5mL骨水泥进行置钉通道骨水泥预充，以上操作均经C型臂X线机透视确认，骨水泥灌注在透视监控下进行，然后迅速取出骨水泥填充系统并置入胸椎或腰椎椎弓根螺钉（MOSS MIAMI ® SI, DePuy Spine ® ,MA,美国；或CDHORIZON® LEGACY® , Medtronic® ,CA, 美国）。以此法置入所有螺钉后进行椎管减压和植骨融合。
三、术后处理
拔除引流管后，如无其他合并症可在支具保护下开始下地进行功能康复锻炼，记录任何与手术可能相关的并发症，如肺栓塞、伤口感染、神经损伤等。如怀疑出现肺栓塞，则行肺动脉CT检查以确诊。
四、术后评估及随诊
术后摄正、侧位X线片并对相关节段进行CT平扫（层厚０.５mm），记录骨水泥渗漏的发生及部位。一般在术后3个月评估术后JOA评分，将术前和术后JOA评分进行对比分析，记录治疗改善率=（术后JOA评分－术前JOA评分）/术前JOA评分×100%。患者术后3、6、12个月行正、侧位及过屈过伸位X线检查，评估并记录螺钉松动及骨折愈合情况。螺钉松动指正、侧位X线片上螺钉周围骨-螺钉界面出现1mm以上的透亮带；骨折愈合根据侧位X线片塌陷椎体周围骨连接形成或过屈过伸位片节段活动＜2°。
五、统计学处理
应用SPSS16.0统计学软件，JOA评分以±s表示，手术前、后JOA评分的比较采用配对t检验，P＜0.05认为差异有统计学意义。
结 果
27例患者共置入骨水泥增强螺钉149枚。无术中大出血及术中神经损伤。1例患者临床症状改善出院后1周发生肺部感染导致死亡；其他26例患者均随访达12个月以上。术后CT平扫显示：2例（7.4%）患者骨水泥渗漏至椎管后纵韧带下，2例（7.4%）患者骨水泥渗漏至椎体周围软组织但仅为少量斑点状渗漏，考虑为骨水泥沿脊柱脉管系统渗漏，其中1例术中减压证实静脉有少量骨水泥填充，但未造成神经压迫。无椎弓根皮质破裂及椎弓根周围骨水泥渗漏。26例患者术后未出现可疑肺栓塞引起的呼吸困难和手术引起的神经损伤。
术后未出现相关症状加重、功能状态下降等不良效果。术后JOA评分[（2.51±2.3）分]较术前[（18.2±2.6）分]明显提高，差异有统计学意义（t=16.996，p=0.000），平均治疗改善率为39.6%。26例常规3、6、12个月随访的患者正、侧位X线片未出现螺钉及骨水泥周围透亮带，提示未出现内固定物松动和移位，20例（76.9%）患者随访12个月时侧位X线片示骨折愈合。
讨 论
椎弓根螺钉可提供三柱内固定效果，满意的生物力学稳定性使椎弓根螺钉成为脊柱内固定的主要材料以及脊柱外科医师的主要选择。随着世界人口老年化，骨质疏松成为一个严重的公共健康问题。骨质疏松脊柱骨强度下降损害了椎弓根螺钉-杆系统的强度和稳定性，许多文献描述了不同的螺钉设计及置入技术以期改善内固定架构的稳定性。当遇到骨质疏松患者需行脊柱内固定术、骨水泥增强椎弓根螺钉内固定可作为脊柱外科医师的一个可行的、有效的选择。
椎弓根螺钉的生物力学稳定性取决于多种因素：螺钉的直径和长度，椎弓根通道骨-螺钉界面状况等。为了能置入更长的螺钉并减少骨皮质穿孔率，在骨质疏松椎体中更需要提高准备椎弓根螺钉通道的准确性。在骨水泥增强螺钉手术中，需要反复透视确定钉道及螺钉位置，并监控骨水泥灌注的分布及渗漏。然而，透视只能提供二维图像，难以明确椎弓根的结构，而且骨质疏松脊柱在透视时有时难以获得清晰的图像，通过二维图像引导螺钉的准确性更多依赖于术者的经验。同时，反复透视使术者和患者更多地暴露于射线之中。
3D计算机导航可提供术中结构图像重建，显示真实的3D界面，可引导术者更安全、有效地放置椎弓根螺钉，尤其是在脊柱有结构变异或畸形时。准备地准备椎弓根通道后预充骨水泥，可能提供更坚强的内固定，从而有利于达到骨折愈合。在本研究中，无椎弓根螺钉松动或移位出现，12个月随访骨折愈合率达76.9%（20/26），提示通过骨水泥有效地增强了椎弓根螺钉内固定强度。
骨水泥增强术的主要问题是骨水泥渗漏和肺栓塞等并发症可导致灾难性神经损伤甚至患者死亡。任何骨皮质（如椎体前皮质和椎弓根壁）的穿孔均可导致骨水泥渗漏，从而进入椎管、椎体旁软组织或椎间隙等。骨水泥灌注时压力过高或水泥过稀，骨水泥通过椎体周围静脉丛可导致椎体周围静脉管骨水泥渗漏，严重可回流导致肺栓塞。Hulme等的临床研究系统回顾分析了69例椎体成形术，显示骨水泥主要渗漏进入椎旁软组织、椎间隙和椎管，发生率分别为48%、38%和11%。为减少骨水泥渗漏，椎弓根螺钉增强通道需要更精确。
在体外和体内研究中均显示计算机导航辅助手术比常规手术方式可明显提高椎弓根螺钉置入的准确性。导航引导下椎弓根通道的准备减少了椎弓根壁和椎体皮质的穿孔率，从而减少骨水泥渗漏的风险，但在骨质疏松椎体中，需要注意骨水泥沿脊柱脉管系统渗漏进入椎管或椎间孔，术中C型臂X线机透视监控骨水泥渗漏情况并适时暂停骨水泥灌注尤为重要。Frankel等报告119例患者中，39%发生前方无症状骨水泥渗漏，1例发生无症状肺栓塞。Chang等回顾分析41例患者，渗漏率为22.6%，渗漏量均很少，无神经损伤。在本研究中，骨水泥渗漏的发生率为14.8%，低于文献，说明本研究中使用技术的安全性，特别在本研究中未出现椎弓根穿孔而导致的椎弓根周围骨水泥渗漏。
3D计算机导航下仔细准备椎弓根螺钉通道可获得坚强的内固定并避免骨水泥渗漏；①患者示踪器必须牢固固定于棘突上，并在图像采集及手术过程中避免碰松示踪器，否则将出现3D图像导航与实际解剖结构之间的偏差，导致通道打偏；②在导航显示屏上选择螺钉通道的角度和长度，可获最长通道并避免椎弓根和椎体穿孔；③螺钉通道准备后用探子确定通道壁的完整性，更进一步避免骨水泥直接渗漏进入椎管的风险；④骨水泥灌注的时间和量也很重要。在本研究中，每个螺钉通道灌注3mL骨水泥，多于以往文献。使用的骨水泥灌注量（0.1～2.5mL），我们认为通过3D计算机导航准确准备的长通道获得更多更好的骨水泥灌注及分布，而且这增加的骨水泥量并未增加骨水泥渗漏的发生率。OSTEOPAL ® V骨水泥提供较长的灌注和置钉时间，从混合后3～11min完成灌注和置钉，少于3min骨水泥过稀，11min后骨水泥可能已经发热硬化，则不宜进行水泥和螺钉操作。同时，建议缓慢低压进行骨水泥灌注以避免骨水泥进入椎体周围静脉丛甚至肺动脉；⑤本研究中使用椎体成形术技术预充骨水泥后置入实芯螺钉，在以前的生物力学研究中，此技术比空芯骨水泥灌注螺钉可获得更大的骨-骨水泥接触界面，从而获得更好的抗拔出力。
综上所述，本研究提示在骨质疏松患者内固定手术中使用3D计算机导航下经椎弓根骨水泥增强螺钉技术是安全和有效的。