椎弓根螺钉内固定及计算机导航技术的发展与应用

背景：胸腰椎椎弓根螺钉内固定技术的开展,有力地推动了脊柱外科的发展,而脊柱计算机导航系统可以明显改进椎弓根螺钉植入的精确性和安全性。 目的：研究近年来椎弓根螺钉固定术临床应用进展。 方法：以“椎弓根螺钉固定术,计算机导航技术,临床应用进展”为关键词,采用计算机检索1999-01/2011-12相关文章。纳入与有关椎弓根螺钉固定及计算机导航技术在内固定过程中应用的文章;排除重复研究或Meta分析类文章。以25篇文献为主重点进行了讨论椎弓根螺钉固定术的研究进展及相关评价。 结果与结论：计算机辅助外科技术是基于计算机对大量数据信息的高速处理及控制能力,通过虚拟手术环境为外科医生从技术上提供帮助,使手术更安全、更准确的一门新技术。近年来,胸腰椎椎弓根螺钉植入技术的研究取得了很大发展,尤其是术中监测手段,已从传统的X线透视或摄片监测定位发展到计算机辅助技术进行可视化监测。计算机导航技术提供了可以从存储于计算机上的三维影像资料上模拟测量钉道长度、角度及椎弓根直径的功能,便于选择最佳长度与直径的椎弓根钉,使椎弓根螺钉手术更精确、简便、快速、安全,减少了术后并发症的发生。     

数字化导航模板辅助儿童胸椎椎弓根螺钉置钉的准确性

背景：目前国内外学者已将椎弓根螺钉内固定技术应用于儿童脊柱损伤治疗中,儿童胸椎椎弓根细小,解剖结构变异大、毗邻关系复杂,如将以成人数据为依据的椎弓根螺钉技术简单地应用于处于不断生长发育的儿童,手术风险极大,提高置钉的准确性和降低失误率成为儿童椎弓根内固定技术能否深入开展的关键所在。 目的：利用计算机辅助设计与快速成型技术为儿童胸椎椎弓根螺钉置入提供一种个性化、精确化的定位方法。 方法：对4例儿童尸体标本CT 扫描后将原始数据利用软件进行三维重建,将标本随机分为2组：一组采用传统椎弓根内固定法,另一组采用逆向工程原理及快速成型技术设计并制造出个体化导航模板,利用个体化导航模板在标本上辅助置入腰椎椎弓根螺钉,随后分别根据CT 扫描评价椎弓根螺钉置钉位置。 结果与结论：传统椎弓根内固定法置钉准确率为58%;而个体化数字导航模板法的置钉准确率为81%,置钉成功率优于传统手术组,且经过卡方检验两者之间差异有显著性意义(P < 0.05)。提示个体化导航模板辅助儿童胸椎椎弓根螺钉置入具有较高的准确率,充分体现了置钉个体化原则,为儿童胸椎椎弓根螺钉的准确置入提供了一种新的可行的方法。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：     

腰椎椎弓根螺钉内固定中计算机辅助导航应用的Meta分析

背景：计算机辅助导航技术在脊柱外科领域已得到广泛应用,但目前仍缺乏在腰椎椎弓根螺钉内固定术中应用该技术的系统评价。 目的：评价计算机辅助导航技术在腰椎椎弓根螺钉固定过程中的价值。 方法：通过计算机检索PubMed、Embase和中国期刊全文数据库CNKI等中英文数据库以及手工检索有关计算机辅助导航下腰椎椎弓根螺钉置入中的相关研究和文献,将计算机辅助导航置钉与传统置钉的置钉精度、术中出血量、手术用时、置钉相关并发症发生率等进行比较。 结果与结论：共纳入7篇符合纳入标准的近期文献,累计病例784例,置入腰椎椎弓根螺钉4 101枚。Meta分析表明,计算机辅助导航下置入腰椎椎弓根螺钉的置钉失误率[RR=0.44,95%CI：(0.27,0.69),P=0.000 4]与内固定中出血量[WMD=-172.40,95%CI：(-246.26,-98.53),P < 0.000 01]与传统置钉方式相比差异有显著性意义,而手术用时[WMD=-31.45,95%CI：(-85.56,22.66),P=0.25]与并发症发生率[RR=0.41,95%CI： (0.12,1.41),P=0.16]则差异无显著性意义。计算机辅助导航技术在腰椎椎弓根螺钉固定术中的应用,可以提高置钉精度,但是否能改善患者内固定后的远期预后,目前仍需进一步研究。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：     

导航机器人与透视引导椎弓根置钉的Meta分析

文题释义：导航机器人：又称为机器人辅助手术系统,机器人辅助手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体,在世界精准微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。机器人辅助手术系统具有精准、稳定及三维放大视野等优点。 椎弓根螺钉置入：目前椎弓根螺钉的置入技术已经比较成熟,螺钉的误置一般发生在脊柱解剖结构有改变如结构性侧弯、发育畸形及严重退行性改变导致骨性标志不清时。在这些情况下常规的“标准化置钉”将显得比较困难。 背景：计算机导航系统与骨科手术机器人近年来在脊柱外科得到了高速发展,但是计算机导航或导航机器人的手术效果仍受到诸多质疑。 目的：通过Meta荟萃分析拟比较导航机器人与透视引导椎弓根置钉精度的差异。 方法：检索包括国内外于2008年8月至2019年8月已发表的临床对照研究。所检索的数据库包括Embase、PubMed、中国知网、万方等数据库。中文检索关键词为：导航机器人、透视引导、椎弓根螺钉、椎弓根钉、椎弓根钉棒、椎弓根内固定,检索策略为：“椎弓根螺钉”并且“透视引导”或“导航机器人”;英文检索关键词为：Robot assisted,Fluoroscopy guided,Pedicle screw,Pedicle stick,Pedicle screw fixation,检索策略为“Pedicle screw”OR“Pedicle stick”OR “Pedicle screw fixation”AND“Fluoroscopy guided”OR“Robot assisted”。阅读文献提取数据后,采用Review Manager 5.3 软件进行数据分析。 结果与结论：①依据上述策略,共检索到357篇研究文献,并从中最终纳入19篇文献,其中英文17篇,中文2篇;②Meta分析结果显示,导航机器人组的置钉精度优于透视引导组[95%CI(1.82,2.52),P < 0.001],导航机器人组的手术并发症发生例数[95%CI(0.25,0.69),P=0.000 6]及翻修例数[95%CI(0.23,0.71),P=0.002]均少于透视对照组,其差异均有显著性意义;③提示在评价椎弓根螺钉置入方式时,导航机器人具有更高的置钉精度和更少的并发症发生及翻修例数,在准确性和安全性上均优于传统透视引导技术。当然考虑到导航机器人技术昂贵的价格和复杂的操作步骤,具体置钉方式的选择仍应遵循个体化治疗原则。 ORCID: 0000-0003-4818-901X(徐朝健) 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     

计算机导航引导下脊柱后路椎弓根螺钉置入内固定:准确性及安全性

背景:脊柱后路椎弓根螺钉置入内固定是治疗脊柱各种病变及稳定脊柱的重要手段,计算机导航技术可以完整、直观、真实地再现各种组织形态及其相对位置,使术者实时获得三维图像信息,最大限度地避开手术危险区,直接引导内固定螺钉准确置入椎体。目的:评估计算机导航技术辅助脊柱后路椎弓根螺钉置入的准确性及安全性。方法:选择2008年7月至2014年1月在广西医科大学第一附属医院治疗的307例脊柱病变患者在计算机导航辅助下行脊柱后路椎弓根钉置入及椎板切除减压。术中行C臂透视检查螺钉位置的精确性,记录每枚螺钉的平均置钉时间、射线暴露时间,术后3 d复查X射线和置钉节段的三维CT,根据Andrew椎弓根螺钉CT位置分级标准对置钉位置进行评估。结果与结论:共置入螺钉1 820枚,1 778枚为Ⅰ级螺钉(准确率97.69%)。其中颈椎置入螺钉92枚,Ⅰ级螺钉90枚(准确率97.82%),胸椎置入螺钉502枚,Ⅰ级螺钉492枚,准确率98%,腰椎置入螺钉1 226枚,Ⅰ级螺钉1 196,准确率97.2%。每枚螺钉的平均置钉时间(7.0±1.5)min。215例获随访,随访时间(12±6)个月,无内固定物移位、断裂等并发症以及神经血管损伤发生。提示计算机导航技术辅助脊柱椎弓根钉置入,能立体、多视角实时显示骨性解剖结构,保证了脊柱椎弓根钉置入的准确性及安全性,明显减少放射线的暴露强度。     

胸椎椎弓根螺钉固定技术的研究进展

人类曾用铁丝、钩棒等胸椎后路固定器械矫正脊柱畸形、维持脊柱稳定,并获得极大成功.但理论上讲,这些器械需涉及更多节段,通过至少一个完整的软组织,并用间接生物力学固定.椎弓根是脊柱最坚固的结构,可经受侧弯应力、旋转应力和伸屈应力.节段性胸椎椎弓根螺钉固定技术已经在世界范围内普及应用,成为脊柱外科后入路最常用的内固定方法.本文试从椎弓根螺钉内固定技术的历史、胸椎椎弓根的应用解剖、置钉技术、该技术相关的并发症及辅助技术进行综述.     

胸椎椎弓根螺钉固定技术的研究进展

人类曾用铁丝、钩棒等胸椎后路固定器械矫正脊柱畸形、维持脊柱稳定，并获得极大成功。但理论上讲，这些器械需涉及更多节段，通过至少一个完整的软组织，并用间接生物力学固定。椎弓根是脊柱最坚固的结构，可经受侧弯应力、旋转应力和伸屈应力。节段性胸椎椎弓根螺钉固定技术已经在世界范围内普及应用，成为脊柱外科后入路最常用的内固定方法。本文试从椎弓根螺钉内固定技术的历史、胸椎椎弓根的应用解剖、置钉技术、该技术相关的并发症及辅助技术进行综述。     

数字化导航辅助颈椎椎弓根螺钉置入提高置钉准确率及安全性:随机对照临床试验方案北大核心

背景:颈椎椎弓根螺钉置入技术目前尚无统一标准,故临床应用效果也无法量化评价。数字化导航技术可为颈椎椎弓根螺钉置入提供定位、定向的参考依据,为椎弓根螺钉植入提供准确安全的保证。目的:观察数字化导航辅助颈椎椎弓根螺钉置入可提高置钉的准确率及安全性。方法:研究为前瞻性、单中心、随机对照、开放性临床试验,将南通大学附属医院骨科住院治疗颈椎骨折患者76例随机分为3组,均经椎弓根螺钉内固定。(1)椎板部分切除置钉组26例(160枚螺钉),采用椎板部分切除置钉法内固定;(2)管道疏通组27例(156枚螺钉),采用管道疏通法内固定;(3)数字化导航技术组23例(162枚螺钉),采用数字化导航技术辅助颈椎经椎弓根螺钉内固定。固定后随访时间为12个月、36个月。方案设计结果的主要结局为固定后12个月各组颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级中的Ⅰ级螺钉百分率评价内固定后螺钉植入位置的准确性;次要结局为固定后36个月各组颈椎椎弓根螺钉穿透程度分级中的Ⅰ级螺钉百分率;固定后12个月、36个月患者寰枢间骨性融合率判断颈椎骨折愈合情况;固定前、固定后12个月、36个月各组患者目测类比评分判断患者颈部疼痛情况;固定前、固定后12个月、36个月各组患者以美国脊髓损伤协会损伤分级评价神经功能改善情况;固定后12个月,36个月不良反应发生率评价各种置入方法的安全性。试验经南通大学附属医院医学伦理委员会批准。研究符合世界医学会指定的《赫尔辛基宣言》的标准。参与者对试验内容和治疗过程均知情同意,并签署知情同意书。讨论:研究方案比较了椎弓根螺钉内固定治疗颈椎骨折3种方法的内固定效果,重点观察和比较数字化导航辅助颈椎椎弓根置钉的准确性和安全性,从而为数字化导航技术在临床骨科,尤其是脊柱椎弓根螺钉置入内固定应用提供临床应用的量化依据。试验注册信息:试验方案与2016年8月19日在北美临床实验注册中心注册(NCT02880839)。     

个体化导航模板辅助儿童下颈椎椎弓根螺钉置钉准确性实验研究

目的利用计算机辅助设计与快速成形技术为儿童下颈椎椎弓根螺钉置入提供一种个性化、精确定位的方法。方法对6具颈椎尸体标本进行CT扫描,根据CT扫描资料,利用逆向工程原理及快速成型技术设计制造出个体化导航模板,利用个体化导航模板在尸体标本上辅助置入胸椎椎弓根螺钉,所有螺钉的置入由同一位具有腰椎椎弓根螺钉置钉经验但无颈椎椎弓根螺钉置钉经验的骨科医师进行操作,随后根据CT扫描评价椎弓根螺钉位置。结果共设计制作30个导航模板,辅助置入60枚颈椎椎弓根螺钉,CT扫描发现所有螺钉均准确置入相应椎弓根内。结论数字化导航模板辅助下颈椎椎弓根螺钉置钉准确性高,操作简单,为儿童下颈椎椎弓根螺钉的准确置入提供了一种新的、可行方法。     

快速成型个体化导航模板辅助颈椎椎弓根螺钉的置入

背景:颈椎椎弓根螺钉内固定系统治疗颈椎疾病可获得坚强的三柱稳定,但目前关于颈椎椎弓根置钉方法选择尚未达成一致,力求寻找一种更加简单、安全、准确的置钉方法。目的:综合利用逆向工程原理和快速成型技术设计出一种新型个体化颈椎椎弓根置钉导航模板,观察并评估其辅助颈椎椎弓根螺钉置入的安全性和准确性。方法:对8具成人尸体标本颈椎(C3-6)进行CT扫描获取DICOM数据,MIMICS软件重建颈椎三维模型,寻找颈椎椎弓根的最佳进钉通道。根据颈椎椎板的表面解剖学形态,设计与颈椎椎板相吻合的反向模板。最后将设计的椎弓根螺钉进钉通道和反向模板合成在一起,建立个体化导向模板的数据模型并以STL格式保存。利用快速成型技术打印出导航模板实物。将导航模板与椎体的后部结构贴合,辅助置入颈椎椎弓根螺钉,根据术后X射线片及CT扫描评价椎弓根螺钉位置的准确性。结果与结论:(1)利用导航模板辅助置入颈椎椎弓根螺钉共64枚,62枚螺钉完全在椎弓根内,其中1枚螺钉穿破椎弓根内侧壁,1枚螺钉穿破椎弓根外侧壁,置钉准确性为97%左右;(2)快速成型个体化导航模板辅助颈椎椎弓根螺钉置入准确率高,增加了颈椎手术的安全性,具有较大的临床应用前景。     

Segmental pedicle screw fixation for a scoliosis patient with post-laminectomy and post-irradiation thoracic kyphoscoliosis of spinal astrocytoma

Spinal deformity is an important clinical manifestation after surgery for spinal cord tumors. One-third of patients who receive laminectomies and irradiation of the spinal column develop scoliosis, kyphosis, or kyphoscoliosis. Recent reports indicate good results after scoliosis surgery using segmental pedicle screws and a navigation system, but these reported studies have not included surgery for post-laminectomy kyphosis. Hooks and wires are ineffective in such patients who undergo laminectomy, and there are also high perioperative risks with insertion of pedicle screws because landmarks have been lost. Here, we report on the 5-year follow-up of a 13-year-old male patient with post-laminectomy and post-irradiation thoracic kyphoscoliosis after surgical treatment of spinal astrocytoma. Posterior segmental pedicle screw fixation was performed safely using a computer-assisted technique. The authors present the first case report for treatment of this condition using a navigation system.     

脊柱导航手术机器人寰枢椎椎弓根的双置入方法

背景：寰枢椎椎弓根内固定具有良好的生物力学效果,但因其椎弓根容积小、个体差异大,与脊髓、椎动脉及神经根等组织毗邻等原因使这一内固定技术的推广应用受到限制,寰枢椎椎弓根置入精度有待进一步提高。 目的：探索自主研制的脊柱导航手术机器人进行寰枢椎椎弓根双置入的原理,以建立一种精度更高、更为安全且简便易行的新方法。 方法：置入前在头尾侧等分椎弓根的寰枢椎CT剖面图像上,于正中矢状线两侧、椎骨后部弧形骨线上各选取一点,其联线构成一条横线;位于该横线与切过寰枢椎后部最远点的水平线间的正中矢状线构成一条竖线,这样就在寰枢椎椎骨上即体内设置了一条长度已知且相互垂直的横线与竖线。术中在双置入机器手两定位杆尖端间和线配准器上各设定一条相互垂直的横线和竖线,即体外横线和竖线,其长度分别与体内横线和竖线相等。通过X射线侧位透视,将体内和体外的横线与竖线配准,并使两定位杆的尖端紧压寰椎后弓骨面,从而确定寰枢椎椎骨的正中矢状面、冠状面及水平面。设定双置入机器手两导针中心轴线间的距离与左右两置入点间的距离相等,且其中心轴线与正中面的夹角与术前测量的椎弓根中心轴线与正中矢状线的夹角相等,实时动态监测下,脊柱导航手术机器人沿椎弓根中心轴线准确双侧置入。 结果与结论：应用脊柱导航手术机器人行寰枢椎椎弓根双置入,当体内、外的横线及竖线配准及双置入机器手两定位杆的尖端紧密接触弧形骨面时,两导针的尖端只能落在左右椎弓根的置入点上。实时动态监测下,可保证沿寰枢椎左右椎弓根中心轴线准确双置入。     

数字及逆向工程技术在复杂骨科应用进展

背景：医学数据可视化技术的快速发展及不断对医学领域地渗透,尤其使脊柱外科在诊断和治疗上发生了根本性地改变,朝着“精确化、个性化、微创化”方向发展,已成为临床骨科治疗中不可或缺的重要手段。 目的：通过对数字技术在复杂骨科应用进展,明确研究突破口。 方法：由第一作者在PubMed数据库、万方数据库、维普数据、中国知网库检索,时间范围为1990/2011。检索词为“个性化的定位导航模板,数字解剖模型,螺钉内固定术,逆向工程技术,快速成型技术”。纳入标准为导航模板制备工艺及技术的研究、有限元相关理论的研究、实验及临床应用。排除标准为与此文目的无关、较陈旧的文献和重复同类研究。 结果与结论：利用数字化技术重建的导航模板为骨科螺钉内固定的定位、定向固定提供了一种新的方法。通过数字化重建技术可以制作个体化导航模板,将模板紧密贴合于相应的解剖结构上进行导航穿刺,即可完成对术区的准确定位和定向。对复杂骨科手术,尤其是解剖结构畸形变的患者有着不可替代的意义。为临床手术设计奠定良好的基础,提高准确性和安全性。     

数字化导航模板在脊柱畸形矫正术中的应用效果

目的 研究数字化导航模板在脊柱畸形矫正术中的临床应用。方法 选择2016年5月~2018年5月在我院拟行手术治疗的脊柱畸形患者40例,随机分为观察组与对照组,各20例。对照组用椎弓根钉内固定法进行矫形,观察组先进行个性化数字导航模板设计,完成术前规划及虚拟手术,再采用椎弓根钉内固定法矫形。比较两组手术时间、术中出血量、Cobb角矫正率及术后并发症发生率。结果 观察组Cobb角矫正率为84.20%,高于对照组的70.07%,差异有统计学意义（P＜0.05）;观察组手术时间、术中出血量少于对照组,差异有统计学意义（P＜0.05）;观察组术后并发症发生率低于对照组（0 vs 50.00%）,差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 数字化导航模板应用于脊柱畸形矫正术中效果确切,可有效提高Cobb角的矫正率,减少手术时间以及术中出血量,降低并发症的发生。     

腰椎骨折治疗中置入螺钉内固定系统的安全性评价

背景：腰椎骨折后经椎体椎弓根植入螺钉内固定技术在临床上应用越来越广泛,但其安全性及有效性仍存在争论。 目的：评价腰椎骨折治疗中置入螺钉内固定系统的安全性及其并发症发生情况。 方法：采用电子检索的方式,在万方数据库(http://www.wanfangdata.com.cn/)中检索2000-01/2011-12有关置入螺钉内固定系统治疗腰椎骨折的研究文章,关键词为“腰椎骨折,螺钉,内固定”。排除重复研究、普通综述或Meta分析类文章,筛选纳入31篇文献进行评价。 结果与结论：置入螺钉内固定系统治疗腰椎骨折的不安全性主要存在于：错位固定、椎弓根定位错误、复位欠佳、骨折过度复位、神经损伤。内固定后并发症包括：螺钉断裂、连杆断裂、假关节形成、矫正度丢失、切口裂开。术者具有良好的脊柱解剖知识及脊柱外科手术经验,熟练掌握器材的性能及使用技术要求,椎弓根螺钉的准确定位及准确置入是内固定成功的关键;内固定后配带支具及扶拐功能锻炼,恰当的植骨技术,可减少断钉率及提高植骨融合率。由于椎弓根螺钉系统在力学结构上的合理性,加上在设计、材质、工艺及操作技巧的不断改进与完善,以及影像学技术及计算机导航系统的不断发展,其置入安全性将明显提高。关键词：腰椎骨折;螺钉;内固定;安全性;并发症 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.17.038     

椎弓根钉置入治疗胸腰椎骨折

背景：近年来,随着医学、生物力学的发展以及各种各样新型内固定器械和方式的涌现,椎弓根钉置入内固定已成为治疗胸腰椎骨折的常用手段。 目的：阐述椎弓根钉在胸腰椎骨折置入内固定治疗的研究与应用进展。 方法：检索胸腰椎骨折与椎弓根钉置入内固定相关的研究文献,检索词为“胸腰椎骨折(thoracolumbar fracture);内固定(internal fixation);椎弓根(pedicle);螺钉(screw);椎弓根钉(pedicle screws)”,语言分别设定为中文和英文。从胸腰椎骨折分类系统,椎弓根钉临床应用进展和椎弓根钉固定系统特点3方面进行总结,对椎弓根钉置入内固定治疗胸腰椎骨折进行深入探讨分析。 结果与结论：椎弓根钉固定是一种有效的胸腰椎内固定技术,可用于各种原因引起的胸腰椎不稳,特别是胸腰椎骨折的治疗。椎弓根钉固定可以矫正畸形和维持脊柱的三维位置,提供较好的生物力学稳定性。椎弓根钉内固定系统能有效重建椎体高度,恢复生理曲度,并解除脊髓神经的压迫和恢复受损椎管的管径,重建脊柱的稳定性,纠正后凸畸形,临床上已广泛应用,具有创伤小、复位满意、固定坚强、操作简便等优点。