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miminis三维重建技术辅助椎弓根螺钉植入的应用 脊柱内固定技术是脊柱外科的一个重要里程碑。随着经椎弓根螺钉内固定技术的推广应用, 如何提高经椎弓根内固定的安全性和有效性是临床医师所关注的重要问题。尤其上胸椎和颈椎的椎弓根相对细小, 周围毗邻脊髓、主动脉、椎动脉、肺等重要器官, 且椎弓根形态在个体上的差异和椎体旋转等因素, 造成上胸椎和颈椎椎弓根螺钉植入的困难和危险性增大。我科自2013年1月至11月对12例需行椎弓根钉固定的患者术前通过Mimics三维重建技术进行椎弓根置钉的评估, 对置钉参数和通道进行个体化测量, 并应用于术中指导置钉, 提高置钉的准确性和安全性, 取得良好的效果, 现报告如下。 1 数据和方法 1.1 一般数据 本组病例12例, 其中男5例, 女7例;年龄25~74岁, 平均47岁。临床诊断、手术方式、植入椎弓根螺钉数见表1。 1.2 术前腰椎弓根模型的个体测量与测量 所有病例需手术的目标椎均行螺旋CT扫描 (德国SIMENS EMOTION 16) , 扫描参数:层厚3 mm, 电流220 m A, 电压120 k V。扫描后CT室医师以Dicom格式导出相关数据并刻录成光盘交给手术组医师。手术组医师用Mimics软件对目标椎进行三维重建及相关数据的个体化测量, 即术前椎弓根螺钉置钉通道的个体化设计。将CT的Dicom数据导入Mimics 10.1软件, 选取骨组织中密度窗, 进行目标椎体的三维重建, 观察目标椎体的双侧椎弓根情况。在三维图像上确定进针点, 以红色圆点标记E点 (参考王东来等方法标记) , 构建一圆柱体模型模拟椎弓根螺钉 (其长度和直径可设定) , 调整圆柱体轴线与标记点吻合, 寻求椎弓根螺钉的最佳进钉通道。确定每枚螺钉最佳进针通道后, 利用软件测量技术, 参考庞小平等方法, 根据其所在位置分别测量每个椎弓根的螺钉通道长度及椎弓根宽度及高度、椎弓根轴线长度、椎弓根的α角和β角以及α角安全范围, 确定每枚植入螺钉的直径和长度 (所选的椎弓根螺钉长度为螺钉最大通道长度减去5 mm, 选用的螺钉直径为椎弓根宽度的80%左右) 以及螺钉在横断面和矢状面的倾斜角度。 寰椎椎弓根的建模及测量见图1;枢椎椎弓根的建模及测量见图2;下位颈椎及上位胸椎椎弓根的建模及测量见图3 (T2例示) 。 1.3 c、c2腰椎弓根开孔 患者取俯卧位, 头部置于脊柱手术架的“U”形头架上, 用胶布固定头部及肩部, 上胸椎手术时双上肢往下牵拉固定, 以便于术中透视, 术前C型臂机辅助定位, 标记好目标椎的椎弓根体表投影。常规后路手术切口, 剥离两侧椎旁肌达关节突外侧, 充分暴露椎板、横突后部、棘突, 根据术前设计找出目标椎的“E”点, 并作为进钉点, 按术前设计的进钉方向进行开孔。在C1、C2椎弓根置钉过程中, 采用开孔器开孔 (直径为2.0 mm) , 顺着设计好的进针点和进针方向在进钉点钻深约10 mm的进针通道, 过程中用C型臂X线机透视校准, 必要时调整进针方向。然后使用直径2 mm的椎弓根探子确定四壁为光滑连续的骨质, 用比植入螺钉小1 mm的丝锥攻丝, 再次用球形探针确定四壁为光滑连续的骨质, 缓慢旋入术前设计好的螺钉。在下颈椎和上胸椎椎弓根置钉中用直径为2.5 mm的开孔器开孔, 其他同上述步骤, 螺钉上完后用C型臂X线机验证置钉的准确性, 然后按照预定方案安装钛棒进行固定。 1.4 术后观察及测量 记录所有患者术中和术后出现的血管、神经、内脏损伤等并发症, 术后拍摄X线片及CT轴位断层扫描, 评价螺钉在椎弓根内的位置, 记录所有穿破椎弓根壁的螺钉数目、方向及测量穿透距离。 2 虚拟腰椎弓根螺钉植入 CT扫描Dicom数据导入Mimics 10.1软件, 可以重建置钉目标椎的三维图像, 图像清晰, 可在任意角度观察。构建一柱体模拟椎弓根螺钉, 虚拟椎弓根螺钉的植入, 可供术前设计、测量螺钉植入钉道参数。 根据术前设计植入的50枚上胸椎和颈椎椎弓根螺钉中, 螺钉完全在椎弓根内为47枚, 螺钉穿出椎弓根壁小于2mm的为3枚, 无椎弓根上、下方穿破的螺钉。椎弓根壁非故意穿破率为6%, 置钉准确率为94%;螺钉位置可接受率为100%。无一例出现与螺钉植入有关的血管、神经、内脏等并发症。典型病例为一50岁男性患者, 枢椎齿状突骨折, 行寰枢椎椎弓根钉内固定术, 手术前后影像学资料见图4~6。 3 讨论 3.1 椎弓根钉植入方法选择 上胸椎和颈椎椎弓根周径相对细小, 椎弓根横径、水平面角及椎弓根螺钉通道等钉道参数具有较大的变异, 不同个体、不同节段水平显著不同, 加之周围毗邻脊髓、主动脉、肺、椎动脉等结构, 造成椎弓根螺钉植入困难和危险性大, 尤其是在上胸椎和颈椎畸形的患者, 由于同时存在椎弓根变异、椎体旋转等因素