目录 中文摘要 1 英文摘要 4 研究报告 计算机辅助导航热塑膜系统定位椎弓根螺钉植入的可行性研究 前言 8 材料与方法… 8 结果 11 附图 12 附表 23 讨论 27 结论 33 参考文献 33 综述 经皮椎弓根螺钉植入技术的新进展 37 致谢 51 个人简历 521 计算机辅助导航热塑膜系统定位经皮椎弓根螺钉植入的可行 性研究 摘要 目的，椎弓根螺钉是脊柱外科发展史上的一个重要里程碑，被广泛应 用于脊柱创伤、肿瘤、畸形和退行性病变中。传统开放椎弓根螺钉植入术 由于过度剥离椎旁肌，导致创伤大，出血多，肌肉去神经支配、萎缩和疼 痛。因此，越来越多的学者开始采用微创椎弓根螺钉植入术。由于椎弓根 的解剖学变异较多，经典的Magerl透视方法和正侧位透视法不能完全满足 经皮椎弓根螺钉植入术高精确性的要求。为此，各种导航和机器人辅助技 术被应用于脊柱外科，大大提高了经皮椎弓根螺钉植入的准确性。然而， 目前所有应用于经皮椎弓根螺钉植入术的导航和机器人辅助技术均基于C 型臂或O型臂影像，这些影像在胸椎、肥胖患者和严重骨质疏松患者成像 质量不高，影响导航准确性。尚缺乏基于CT影像的经皮椎弓根螺钉植入技 术。 计算机辅助导航热塑膜系统由我院率先引用到骨科，是一种基于CT 影像的导航系统。该技术已经在骶髂关节脱位和无移位髋臼前后柱骨折的 经皮固定术中表现出优势。根据目前经皮椎弓根螺钉植入术面临的问题以 及对计算机辅助导航热塑膜系统的了解，我们将该技术应用于经皮椎弓根 克氏针植入术中，以评估其可行性和准确性。 方法，采用计算机辅助导航热塑膜定位系统，在每个尸体标本的T12 和L2双侧椎弓根经皮植入2.5mm克氏针，共6个标本，每个标本植入4枚克 氏针。具体方法如下，将尸体标本以俯卧位置于定位系统的底板上。取热 塑膜置于62℃恒温水箱中加热，待热塑膜变软后将其覆盖于标本腰背部， 使热塑膜尽量与标本表面贴敷，并将其两侧固定于底板上。热塑膜随着温 度下降，逐渐变硬，形成热塑膜、标本和底板三者合一的手术单元。将手 术单元置于CT检查台上，应用三维激光定位仪在热塑膜上确定一个与CT 扫描方向一致的任意平面。在此平面上选择非同一直线上的三个点用铅粒 标记，作为影像学的基准平面，此平面要在CT扫描范围之内。以L1为中心 进行薄层CT扫描（层厚为2mm），将所获CT影像数据传输到图像处理计划2 系统工作站。通过图像处理计划系统工作站确定3个铅点所标记的基准平 面，并在此平面上确定空间坐标原点，即（0,0,0）点。重建与T12上下终 板平行的层面，层厚为1mm。选取T12椎弓根最宽的层面，在该层面上确定 最佳置钉方向，该置钉方向与标本背侧体表交于一点，记作A点。在该平 面上作最佳置钉方向的垂线，并向身体两侧延长，与标本体表的热塑膜分 别交于B、C两点。参照原点，可以确定A、B、C三点的空间坐标，将所得 坐标值输入三维激光定位系统，即可自动将激光定位到标本表面的热塑膜 上。用记号笔标记激光所指A、B、C三点，通过三维瞄准器即可确定进针 点和进针方向。沿三维瞄准器给出的路径，以电钻经皮钻入2.5mm克氏针。 用同样的方法行L2椎弓根克氏针植入术。置入克氏针后，以L1为中心进行 薄层CT扫描，观察克氏针位置，并利用图像处理计划系统工作站获取实际 针道的坐标。记录计划进针点和出针点坐标，实际进针点和出针点坐标； 利用坐标计算出计划进/出针点和实际进/出针点之间的空间距离，并做统 计学分析；在椎体轴位像上测量实际针道在计划钉道基础上偏离的角度； 记录克氏针穿出椎弓根周围皮质及侵入椎间小关节的数量；记录热塑膜系 统的术前准备时间。 结果，此次实验 6 个尸体标本共植入 24 枚克氏针。计划进/出针点 和实际进/出针点的坐标差值与理想差值 0mm 之间的差异均无统计学意义 （P<0.05）。计划进针点和实际进针点之间的距离(d1)的中位数为 3.04, 四分位数间距为 1.69，计划出针点和实际出针点之间的距离(d2)为 3.45±1.21mm。椎体轴位像上实际针道与计划针道相差角度为 2.98°± 1.62°，实际针道向计划针道内侧与外侧偏离的数目比为 17:7。3 枚克氏 针穿出椎弓根周围皮质，其中 2 枚克氏针穿出程度在 2mm 之内，1 枚克氏 针完全穿出椎弓根外侧皮质。计算机辅助导航热塑膜定位系统的术前准备 时间为 20min- 45min，平均 28min，其中铺热塑膜时间 4min-6min，平均 5min，针道计划时间 15min-40min，平均 20min，仅开始植入的 2 枚克氏 针计划时间超过 30min，其余均在 30min 内计划完毕。 结论，计算机辅助导航热塑膜定位系统为经皮椎弓根螺钉植入术提 供精确的空间定位和稳定的路径导航，术中透视次数和操作时间显著减 少，具备较好的安全性和高效性，为临床微创椎弓根螺钉植入提供了新的 定位方法，具有一定应用前景。然而，有待开发专用的导航系统工作站，3 来提高工作效率，结合机械臂或者机器人技术来提高置钉的稳定性和准确 性。 关键词，计算机辅助导航系统；热塑膜；椎弓根螺钉；微创