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《郑州大学》 2010年
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脊柱靶心机器人椎弓根标准轴位引导胸椎弓根置针实验研究

王铮  
【摘要】: 背景 自从1963年法国人Roy-Camille研制出经椎弓根螺钉内固定系统来,椎弓根螺钉内固定技术已经在腰骶和胸腰段脊柱得到广泛的应用,其主要应用于肿瘤、脊柱骨折、畸形及各种退行性疾病的治疗。因其能提供稳定的脊柱三维固定作用和优良的畸形矫正效果,目前亦被越来越多的脊柱外科医生应用于胸椎疾患的矫形固定,并取得满意的治疗效果。然而,同腰椎椎弓根螺钉技术相比,胸椎椎弓根形态解剖结构特殊,尤其中上胸椎椎弓根螺钉技术的操作难度较大,稍有失误可致引起灾难性的后果。术中根据解剖标志直接凭手感置入椎弓根螺钉,由于缺乏有效的监测,文献报道置入失误率为3-55%。采用X线正侧位透视辅助监测,椎弓根螺钉置入失误率仍达21.1%~39.8%。术中神经电生理监测技术虽具有较高的敏感性,但特异性较低。即使采用先进的计算机辅助导航技术(computer assisted orthopedics surgery, CAOS),虽然显著提高了置针的精确度,但由于术中存在匹配注册、影像漂移等不足,仍存在一定的的椎弓根穿破率。机器人辅助导航是近年来刚刚兴起的另一种用于提高置入准确率的新技术。1995年,以色列Mazor公司推出的微型脊柱外科机器人脊柱助理SpineAssist,由于其引导原理仍和计算机辅助导航的原理相近,亦未能将失误率明显降低。2006年,Ortmaier T等报导用机器人负责操作手术器械,导航系统定位并补偿姿态差误,达到了预期的目的,但尚未检索到其临床应用准确率的文献报道。尽管机器人技术目前尚未成熟,但现代工业技术的成就已让我们对其本身运动的精准性与平稳性勿庸置疑。椎弓根螺钉失误造成神经损伤的发生率是0~12%,准确的胸椎椎弓根螺钉置入一直以来都是众多脊柱医生难以逾越的难关。因此,探索更为安全可靠、操作简便的引导胸椎椎弓根穿刺的方法,是亟待解决的重要课题之一。 目的 采用自主研发的脊柱靶心机器人,在椎弓根标准轴位透视引导下行胸椎弓根穿刺并分析其精度,以期为临床探索一种穿刺精度高、安全可靠、简便易行的经胸椎弓根置入方法。 方法 1标本选择6具T1-T12干燥脊柱标本(共72个)(由许昌卫校解剖教研室提供),X线摄片排除发育异常及骨缺损者。 2术前基本参数测定对目标椎体进行computed tomography (CT)扫描并三维重建后,进行以下测定:(1)在头尾侧等分椎弓根的椎骨CT扫描图像中,测量椎弓根中心轴线与椎体正中矢状面的夹角transvere section angle (TSA)和计算右与左侧H线至同侧椎体边缘垂直距离(或至K1与K2点之间距离)的比例(d:d′);进针点到椎弓根上壁的垂直距离(N)。(2)在内外侧等分椎弓根的椎骨CT扫描图像中,测量椎弓根中心轴线与椎体上表面的夹角sagital section angle(SSA);进针点到椎弓根内壁的垂直距离(N′)。并按公式将SSA校正为SSA′。3操作方法与步骤(1)确认S、M面自动调整C形臂使椎体上表面投影前后缘投影呈一条直线并与显示屏中心水平线重合,确定S面;测量D与D′,调整令D:D′等于d:d′由此确定M面,并使它与显示屏中心垂线重合。 (2)椎弓根轴位投照旋转C形臂,分别使B′轴转动SSA′度、A′轴转动TSA,并将近圆形投影调至显示屏中心。 (3)机器人导针置入遥操作机器人使导针的“十”字状投影瞄准椎弓根近圆形投影的圆心,X线透视实时动态监测,保证进针过程“十”字状投影的两条线等宽并最窄且整体不偏离靶心,置入导针。 4术后影像学评估及统计学分析术后所有置针椎体均摄侧位、轴位像观察导针位置,并CT扫描评估进针点向术前规划进针点上下或内外侧偏移的垂直距离,以及针道TSA、SSA与术前测量值之间的偏移。评价采用单盲方式由两人完成。统计学分析采用软件SPSS17.0进行。 结果 (1)6具人72个胸椎干燥标本144个椎弓根中138个实现椎弓根标准轴位清晰投照并置入导针,术后椎体侧位、轴位X像观察导针均居椎弓根中部,准确率100%。 (2)术后CT扫描测量进针点与术前规划进针点之间头尾与内外侧垂直距离偏差分别为0.16±1.06mm(p=0.074)和0.11±0.71mm(p=0.065)。 (3)T1-12术前TSA测量值依次为32.2±3.4°;20.0±1.5°;14.3±2.8°;6.8±3.9°;5.3±3.6°;4.6±5.8°;2.0±3.0°;0.1±0.2°;0±0°;0±0°;0±0°;0±0°。术后TSA测量值依次为32.6±3.8°;19.5±1.4°;14.7±3.3°;7.3±4.0°;5.6±3.0°;4.6±5.6°;2.1±3.4°;0.3±0.4°;0.02±0.8°;0.1±0.4°;0.2±0.8°;-0.1±0.4°。两者相差最大不超过2度。各阶段两者差异均无统计学意义(P0.05)。 (4)T1-12术前SSA测量值依次为11.1±8.4°;10.6±8.5°;9.9±9.0°;10.5±8.2°;8.1±5.8°;8.9±7.6°;6.8±7.6°;8.9±9.0°;10.6±11.9°;6.9±7.3°;6.6±6.3°;8.8±9.2°;8.9±8.2°.术后SSA测量值依次为11.4±8.5°;11.2±9.1°;10.3±8.8°;10.6±8.6°;8.7±6.0°;8.9±7.5°;7.0±7.6°;8.9±9.5°;10.6±11.6°;7.0±7.1°;6.5±6.7°;8.4±9.5°;9.1±8.3°。两者相差最大不超过2度。各阶段两者差异均无统计学意义(P0.05)。 (5)6个上胸椎因椎弓根近圆环状投影不够清晰,辨认靶心困难,放弃置针。 结论 脊柱靶心机器人结合X线椎弓根标准轴位透视引导,不需要侧位透视监测,能理想的引导胸椎经椎弓根置入导针。它是一种新的、准确、可行的经胸椎弓根置入方法,具有安全性高、操作简便、易于掌握、避免医护人员X线暴露等优点。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:R687.3

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