无框架脊柱导航手术机器人腰椎弓根标准轴位引导置针

背景:腰椎弓根螺钉内固定具有很好的生物力学效果,是目前脊柱外科常用的技术。各种各样的经椎弓根引导置入方法,包括计算机辅助导航等,均存在一定的失误率,误置会导致严重后果。目的:采用自主研发的无框架脊柱导航手术机器人,在椎弓根标准轴位透视引导下置入导针,以期为临床探索一种精准度更高、操作更为简便的经椎弓根穿刺或置入方法。方法:取6具干燥腰椎体标本(L1~L5),置针前用CT扫描并三维重建后,测量椎弓根中心轴线与椎体自身矢状面的夹角α,以及它与椎体上终板前后缘连线所在平面的夹角β。术中C臂机透视确定腰椎骨标准正位像后,依据α与β角度将其向目标侧椎弓根旋转,进行椎弓根标准轴位投照,遥操作机器人,令导针沿椎弓根近圆环状投影的中心置入。置针后摄椎体侧位像、轴位像观察导针的位置,并行CT扫描测量针道α及β角。结果与结论:60个椎弓根均成功置入导针,置针后椎体X射线侧位像、轴位像及CT扫描横断面图像显示导针位于椎弓根中心,均未见导针接触或穿破椎弓根骨皮质。提示椎弓根标准轴位投照引导下无框架脊柱导航手术机器人置针,是一种精准度高、可靠安全的新方法,操作简便,并能减少或避免射线暴露。     

“X”形弹性脊柱内固定与传统椎弓根内固定的应力分析

背景:目前国内外许多学者研发了多种动态弹性脊柱内固定器,经过生物力学研究、动物实验及临床应用发现,尚无一种脊柱弹性内固定器得到临床上的普遍认可。目的:比较自制"X"形弹性内固定器与传统椎弓根螺钉内固定的应力差异。方法:根据成人脊柱影像学资料,分别建立"X"形弹性脊柱内固定器与传统椎弓根螺钉内固定系统三维有限元模型,比较两组模型在垂直压缩、屈、伸、侧屈、扭转时的力学差异。结果与结论:两模型在垂直压缩状态应下的应力均小于屈、伸、侧屈及扭转状态下的应力;在垂直压缩、前屈、后伸、侧弯及旋转时,"X"形弹性脊柱内固定器的应力更多集中在"X"形连接棒上,而传统椎弓根螺钉内固定的应力更多集中在螺钉近棒段,且"X"形弹性脊柱内固定器螺钉所受应力明显小于传统椎弓根螺钉内固定(P0.001)。表明"X"形弹性内固定器较传统椎弓根螺钉内固定系统更能分担螺钉应力,减少螺钉术后应力集中情况。     

虚拟手术系统在脊柱椎弓根螺钉置入解剖教学中的作用

微创经皮椎弓根螺钉内固定术因手术创伤小、术中出血少、术后恢复快等优点,在脊柱外科疾患的治疗上逐渐成为一种主导手术方式.脊柱椎弓根螺钉微创置入手术过程中不能直视脊柱的解剖标志点,完全依赖术中透视影像或计算机辅助系统,学习曲线陡峭,该手术仍然具有较高穿破椎弓根的风险[1-3].经皮椎弓根螺钉置入手术成功的关键取决于对脊柱局部解剖结构的理解掌握程度及手术医生的经验,既往关于虚拟系统应用于肝脏手术的文献报道很多并且证实了其在肝脏手术应用中的巨大优势[4].我们研制出脊柱椎弓根螺钉置入虚拟手术系统能够根据患者的个性化CT图像重建脊柱三维结构和脊柱正侧位投影图像,其不仅能够培训手术医生在术中透视引导下微创置入椎弓根螺钉,也能指导手术医生通过解剖标志点在开放条件下置入椎弓根螺钉,提高手术医生椎弓根螺钉置入的准确性,其在脊柱椎弓根螺钉置入解剖教学上具有非常重要的作用.     

空间“十”字配准脊柱手术机器人导航方法

背景：现有用于椎弓根置入的脊柱手术机器人都要依赖计算机辅助导航系统进行定位和姿态控制,这样计算机辅助导航系统的不足在它们身上都会有体现。包含计算机辅助导航系统的手术机器人,不仅构成复杂,椎弓根置入的精度也难以进一步提高。 目的：探索空间“十”字配准导航方法,控制自主研制的脊柱手术机器人进行更为精准、高效和安全的椎弓根置入。 方法：将依据CT测量值设置的机器手的2枚导针置于两椎弓根中心轴线置入点上并通过X射线正侧位透视确定。令X射线设备的中心投照线先后与2枚导针的中心轴线重合,再从椎弓根轴位进行投照,使体外与体内“十”字配准,定位椎弓根峡部中心点(以下简称中心点)。依据“两点定一线”的原理,使导针通过两椎弓中心轴线置入点和椎弓根峡部中心点,脊柱导航手术机器人即可沿椎弓根中心轴线准确置入。依据规划置入点和置入线相应偏离两椎弓中心轴线置入点的距离和椎弓根中心轴线的角度,完成上述两点的确定或定位后,重新设置两导针中心轴线针尖水平之间的距离及夹角,同样“十”字配准后即可按规划路径准确置入。 结果与结论：“十字配准、两点一线”的导航原理可引导脊柱手术机器人沿椎弓根中心轴线或规划路径准确置入,从而为脊柱手术机器人确定了新的、更为准确高效的导航方法。     

徒手胸椎椎弓根螺钉技术在特发性脊柱侧凸中的临床应用

[摘要]目的 探讨徒手胸椎椎弓根螺钉技术治疗特发性脊柱侧凸的方法、安全性及疗效。方法 对18例特发性脊柱侧凸患者采用全脊柱椎弓根螺钉技术行脊柱侧凸矫形术，通过徒手置钉技术、器械矫形原理对侧凸进行矫形。结果 共置入衍射172枚胸椎椎弓根螺钉，经术后CT检查，除13枚胸椎螺钉通过横突肋骨复合体进入椎体，8枚螺钉穿破椎弓根内侧壁进入椎体外，其余151枚胸椎椎弓根螺钉完全通过椎弓根进入椎体，术前平均冠状位胸主弯Cobb角为（72.80±7.98）°，术后平均Cobb角为（20.85 ±7.25）°，畸形矫正率为71.4%，均未发生神经、血管并发症。结论 徒手胸椎椎弓根螺钉技术治疗特发性脊柱侧凸是一种安全、可靠的置钉方法，值得推广。     

胸椎安全置入椎弓根螺钉的解剖特点:正常发育与特发性脊柱侧凸青少年比较

背景:胸椎椎弓根是胸椎手术中最主要的内固定方式,但是缺少椎弓根螺钉置入通道的相关形态的参数测量,缺少正常发育青少年与青少年特发性脊柱侧凸患者比较的相关报道。目的:比较在正常发育青少年与青少年特发性脊柱侧凸患者胸椎安全置入椎弓根螺钉相关的椎弓根形态特点。方法:使用三维重建CT图像对35例正常发育青少年和35例青少年特发性脊柱侧凸患者的胸椎椎弓根进行测量。测量的参数包括:1临界距离:从椎弓根螺钉入点到椎板腹侧骨皮质的最短距离。2安全距离:从入点到椎管的切线距离(和椎弓根内侧皮质相切)。3椎弓根螺钉长度。4椎弓根宽度。5椎弓根横向角。危险区域定义为安全距离和临界距离之差。结果与结论:正常发育组临界距离为(9.2±1.0)mm,青少年特发性脊柱侧凸组为(9.4±1.2)mm。正常发育组安全距离为(14.7±0.8)mm,显著小于青少年特发性脊柱侧凸组的(15.4±1.4)mm(P0.001)。正常发育组危险区域为(5.4±0.7)mm,显著小于青少年特发性脊柱侧凸组的(6.0±1.0)mm(P0.001)。正常发育组椎弓根螺钉长度为(36.6±4.1)mm,青少年特发性脊柱侧凸组椎弓根螺钉长度为(37.1±5.3)mm。正常发育组椎弓根螺钉宽度为(5.8±1.2)mm,青少年特发性脊柱侧凸组椎弓根宽度为(5.7±1.7)mm。两组临界距离、椎弓根螺钉长度和椎弓根宽度之间差异无显著性意义(P=0.382,0.135,0.293)。两组的椎弓根横向角均从T1到T12逐渐减少。提示正常发育青少年和青少年特发性脊柱侧凸患者置入椎弓根螺钉的胸椎椎弓根形态相关参数有差别,尤其在胸弯顶点附近区域。     

脊柱内固定椎弓根螺钉置入后生物力学的稳定性

背景：椎弓根螺钉内固定系统由于具有牢固的三维固定效果、良好的生物力学稳定性以及较好的复位和矫正畸形作用,被广泛用于脊柱外科,但椎弓根螺钉系统松动、折断及螺钉拔出等并发症仍是导致内固定手术失败的主要原因。 目的：分析脊柱内固定植入物椎弓根钉的生物力学及稳定性探索。 方法：应用计算机检索万方、维普和PubMed数据库中1999年1月至2011年12月关于椎弓根钉植入后生物力学评价相关的文章,以“椎弓根钉,脊柱,内固定,稳定性,生物相容性”为关键词进行检索。选择脊柱内固定植入物生物力学及评价相关的文献,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。初检得到260篇文献,根据纳入标准选择40篇文章进行综合分析。 结果与结论：要提高椎弓根螺钉系统对脊柱固定的稳定性,可通过改进内固定材料、设计和操作技术以分散固定界面应力,但对螺钉的改进受椎弓根和椎体大小的限制,如何从内固定系统装置上来增强固定效果,有待进一步研究。作者认为椎弓根螺钉植入后的稳定性评价应该结合动物实验和临床研究,包括椎弓根螺钉材质、置入位置、角度、固定装置等因素,还应该针对患者个体化因素进行,即对椎弓根螺钉置入遵循个体化原则,对每一个不同的椎弓根施以不同的置钉入点、方向及螺钉。     

胸椎椎弓根解剖与临床

椎弓根是连接脊柱前后柱的管状骨性结构。Roy-Camille首先应用椎弓根螺钉技术治疗胸腰椎骨折，此后椎弓根螺钉技术的应用范围逐渐扩展到腰椎、中、上胸椎和颈椎。胸椎椎弓根螺钉技术在力学强度等方面具有无可替代的优越性，使其在脊柱复杂畸形、脊柱创伤和脊柱肿瘤等疾病治疗中的应用呈增多趋势。然而，同腰椎椎弓根螺钉技术相比，胸椎椎弓根螺钉技术的操作难度较大，目前尚难以普及，     

单纯后路经椎弓根截骨或脊椎切除的临床分析

目的探讨一期单纯后路经椎弓根脊柱截骨和脊椎切除操作的可行性和如何避免手术并发症的发生。方法回顾125例重度僵硬性脊柱畸形患者的临床资料，分析采用经椎弓根脊柱截骨技术或经椎弓根扩大蛋壳技术进行脊椎切除操作的可行性、手术时间、出血量、术中术后并发症。所有患者均采用经椎弓根内固定系统矫形固定。结果平均手术时间210min，术中失血平均1400mi。术中发生13例胸神经根损伤，     

腰椎椎弓根应力性骨折：1例报道及文献复习

目的　探讨腰椎椎弓根应力性骨折诊断和治疗特点。  方法　回顾分析1例腰椎椎弓根应力性骨折。男性,36岁,柔道运动爱好者,一次柔道练习时感腰痛和腰部活动受限,无神经根刺激症,X线平片未见明显椎弓根骨折,经CT诊断为第五腰椎右侧椎弓根不全性应力性骨折,ODI评分为46%,采取佩戴脊柱支具保守治疗。  结果　6个月后椎弓根骨折愈合,腰痛消失,恢复脊柱正常功能,ODI评分恢复至4%。随访至24个月,患者ODI评分无改变。  结论　腰椎椎弓根应力性骨折发生于脊柱活动量大和重复性多的年轻人,主要外力是扭转力。对于无神经根刺激症的腰椎椎弓根不全性应力性骨折,佩戴脊柱支具保守治疗,效果良好。     

后路固定术治疗胸腰椎爆裂骨折的生物力学研究

为了给胸腰椎爆裂性骨折病人手术方式的选择提供理论支持和临床依据,建立T10-L2节段正常脊柱模型、爆裂性骨折模型,经伤椎单节段固定模型、经伤椎双节段固定模型和跨伤椎短节段固定钉模型。在T10上表面施加400 N的压缩载荷和7.5 N·m的力矩,模拟人体前屈、后伸、左/右侧弯和左/右侧旋转6种生理活动,利用有限元方法分析3种手术固定方式的生物力学特性。结果表明,与完整的正常脊柱模型相比,3种固定模型在所有运动状态下的活动度(ROM)均有所减少。相比经伤椎双节段内固定模型,经伤椎单节段内固定模型在前屈、后伸、左弯、右弯、左旋和右旋6种受力状态下,椎弓根螺钉上的应力分别增加了78.1%、87.8%、90.5%、81.3%、51.3%,72.3%。经伤椎单节段固定术系统的活动度和正常脊柱最为相似,其在恢复脊柱稳定性的同时可最大可能地保护脊柱原有的力学属性,但其钉棒的最大应力远高于经伤椎双节段固定术。对于失稳严重的损伤,经伤椎双节段固定术可明显降低螺钉应力,同时提高脊柱的稳定性。     

上胸椎椎弓根螺钉钉道与椎前重要结构解剖位置的CT评价

背景：上胸椎周围结构复杂,椎弓根横径相对较小,椎体前方存在重要组织脏器,螺钉偏离轴线或螺钉过长,置钉的安全性和有效性得不到保障,有必要对其周围重要结构做一了解。 目的：分析上胸椎椎弓根螺钉轴线与椎体前重要毗邻结构的解剖位置关系。 方法：对30例健康成人志愿者进行T₁-T₄平行椎弓根轴线CT扫描,观察椎弓根螺钉沿椎弓根轴线置入时椎体前方食管、气管、主动脉弓、颈动脉、椎动脉等结构的位置,测量每一椎体两侧椎弓根轴线与这些结构的最短距离。采用配对t检验进行分析。 结果与结论：共240个测量参数被分析,T _1-3左侧椎弓根轴线与食管距离小,T₂左侧椎弓根最小;T _2-4右侧椎弓根轴线与气管距离小;T₃,T₄右侧椎弓根轴线与右主支气管距离小;颈动脉和椎动脉无损伤的危险性。62%的患者主动脉弓在T₄平面,且无损伤危险性。提示左侧椎弓根螺钉易损伤食管,右侧椎弓根易损伤气管,颈动脉、椎动脉和主动脉弓不易损伤。上胸椎椎弓根螺钉置入前仔细分析CT数据可以确定易损伤结构的解剖位置。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

经伤椎椎弓根螺钉复位治疗胸腰椎爆裂骨折的临床解剖学研究

目的:探讨经伤椎椎弓根螺钉复位内固定治疗胸腰椎爆裂骨折的解剖学基础。方法:在10具脊柱标本上模拟椎弓根螺钉内固定共拧入60枚螺钉,观察螺钉在椎体内的位置、椎体终板与螺钉的位置关系、前纵韧带和膈肌脚的位置及毗邻。结果:侧面观椎弓根螺钉于椎体上1/4处;冠状面观,螺钉位于椎体侧缘,距椎体边缘5～8mm,螺钉前端可直达椎体前缘;矢状面观,椎弓根螺钉紧贴上终板,距终板仅2～3mm。膈肌脚纤维粗大,左右各一,呈腱肌混合纵行,紧密附着于椎体前侧方。结论:(1)椎弓根螺钉在椎体内的位置是经伤椎椎弓根螺钉直接撬拨复位的解剖学依据;(2)腰大肌及膈肌脚纤维是经伤椎椎弓根撑开复位的软组织夹板样结构,可以充分利用这些结构特点进行伤椎复位;(3)经伤椎椎弓根螺钉内治疗胸腰椎爆裂骨折具有科学和可靠的形态学基础。     

CT三维重建技术对颈椎理想椎弓根螺钉的选择及意义

目的运用CT三维重建技术测量颈椎(C3～C7)理想椎弓根螺钉的形态并探讨临床意义。方法应用CT三维重建技术对56例颈椎(C3～C7)进行模拟椎弓根内固定术,并对理想椎弓根螺钉的形态进行测量,包括理想螺钉的长度、直径、螺钉的偏角(外偏角)及矢状角。结果C3～C7理想椎弓根螺钉的长度分别为(28.2±1.9)、(27.9±2.1)、(29.7±2.0)、(30.8±2.3)、(30.6±2.4)mm;直径分别为(4.3±0.8)、(4.5±0.8)、(4.9±0.8)、(5.4±0.9)、(6.2±0.9)mm;外偏角分别为(48±4)°、(50±5)°、(48±4)°、(43±4)°、(36±3)°;矢状角分别为(9±5)°、(6±4)°、(1±3)°、(-1±4)°、(-1±3)°。结论C3～C7椎弓根的形态变异范围较大,应用CT三维重建技术模拟椎弓根内固定术,可测量理想椎弓根螺钉的形态并进行评估,对术中置入螺钉的角度和形态的选择有指导意义。     

经皮胸腰椎弓根置钉三维定位器的研制

目的 研制一种新的经皮经椎弓根置钉定位辅助器械,方便准确的辅助经椎弓根置钉手术操作.方法 术前将每个椎体经椎弓根平面行CT扫描,测量每个椎体水平面椎弓根螺钉植入角度(TSA)和矢状面椎弓根螺钉植入角度(SSA),将其延长线与背部皮肤相交,定位皮肤穿刺点,进行穿刺.两具新鲜冰冻脊柱标本分为定位器组及徒手组,各32个椎弓根...     

腰椎融合术中椎弓根螺钉损伤关节突关节的研究进展

目的 探讨腰椎融合术中椎弓根螺钉损伤关节突关节的生物力学、发生率及相关影响因素的研究进展。方法 在PubMed、Springerlink、Medline、CNKI、万方数据等数据库中,以“腰椎融合术、椎弓根螺钉、关节突关节损伤”和“lumbar interbody fusion、pedicle screw、facet joint violation”为关键词,检索2003年1月—2015年12月有关腰椎融合术中椎弓根螺钉损伤关节突关节的相关研究成果,针对椎弓根螺钉损伤关节突关节的生物力学、发生率及相关影响因素的研究进行分析总结。结果 关节突关节是维持脊柱运动节段稳定的重要结构,其损伤可导致关节突关节挛缩、僵硬及骨性关节炎,从而加速邻近节段退变的发生。手术创伤是造成关节突关节损伤的重要因素,尤其是以术中植入椎弓根螺钉内置物损伤关节突关节为主。无论是开放置钉还是微创置钉,螺钉损伤关节突关节的发生率均较高。影响椎弓根螺钉损伤关节突关节的因素包括年龄、性别、体质量、融合节段、融合数量、手术方式、术中CT导航、置钉方位、置钉方法和螺钉类型等。结论 关节突关节损伤继而增生退变是导致邻近节段退变的重要危险因素,无论是开放还是微创置入椎弓根螺钉均可增加关节突关节损伤的发生,因此外科医师在置钉时需要注重关节突关节的保护,规避不良置钉影响因素。     

经椎板关节突螺钉固定的X线解剖学研究

目的 总结X线透视下经椎板关节突螺钉(TLFS)成功置入时的正位、侧位、斜位影像学标准,为临床置钉提供影像学参考。方法 6具成人防腐保存椎体标本(L₂~S₁),男5具、女1具,年龄31~61岁,均经X线摄片排除畸形、骨折、肿瘤及其他腰椎病变。直视下L_3/4、L_4/5、L₅/S₁随机单侧置入4 mm螺钉,TLFS进钉点选择在一侧椎板与棘突交界中下1/3处向后0.5 cm,外倾角和下倾角为CT片和X线片测量所得,以X线透视安全置入TLFS全过程,并分析其标准腰椎前后位、侧位和斜位X线影像特征。结果 TLFS进针完成满意后,正位片显示钉尖位于下位椎弓根投影外上缘与横突上缘之间,侧位示钉尖位椎弓根后上缘,斜位片示钉尖过下位小关节间隙中点,至上关节突投影前缘。结论 术中X线透视可能为TLFS置入的准确性和安全性提供重要帮助和参考。     

新型关节突钉板系统联合单侧椎弓根螺钉固定的生物力学研究

目的研究经椎间孔入路椎体间融合术(transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF)结合新型关节突钉板系统(articular process fixation system,APFS)的腰椎稳定性。方法在已验证的有限元模型L3～S1完整节段(模型A)上,模拟TLIF手术,建立双侧椎弓根螺钉固定TLIF模型(模型B)、右单侧椎弓根螺钉固定TLIF模型(模型C)、APFS联合右侧椎弓根螺钉固定TLIF模型(模型D)。观察不同工况下腰椎模型的活动度(range of motion,ROM)以及椎弓根螺钉、APFS、椎间融合器应力分布情况。结果不同工况下,模型B、C、D整体ROM相当,均小于生理状态模型。模型D与模型B、C相比,右侧椎弓根螺钉及椎间融合器最大压应力在不同工况下最小或介于模型B、C之间。模型D在前屈状态下APFS及右侧椎弓根螺钉应力峰值均最大。结论 APFS联合对侧椎弓根螺钉固定可作为腰椎TLIF手术的一种新型固定方式。     

以椎板应力线及关节面为参考标志的改良椎弓根置钉方法的应用研究

目的　探讨确定脊柱经椎弓根置钉的改良方法。 方法　以椎板应力线及关节面为参考标志的改良置钉方法及传统置钉方法对205例脊柱疾患患者进行手术置钉, A组进钉点：按传统进钉方法。B组改良置钉方法：寻找椎板应力线骨嵴及关节面的位置,以此为参考点。应用术中及术后X线、CT检查及术中神经根剥离子触摸检查置钉准确性,计算术中一次性置钉的成功率,比较传统入钉法与改良入钉法的置钉成功率。 结果　应用传统置钉方法与改良置钉方法置钉成功率在颈椎手术中分别达到78.1%和95.5%（P＝0.002）,在胸椎手术中达到82.4%和95.9%（P<0.001）,在腰椎手术中达到80.3%和97.0%(P＜0.001）,总计成功率为80.7%和96.5%(P＜0.001）。两组差异有明显统计学意义。 结论　应用椎板应力线及关节面为参考标志的椎弓根置钉方法可以作为颈椎、胸椎及腰椎传统置钉方法的改良方法,有较高的置钉成功率。应力线骨嵴及关节面分别代表椎体的应力传导情况,按此参考标志进行置钉,可实现椎弓根置钉的个体化,有较大的应用价值。