中华骨科杂志 2 0 0 5年 1 2月第 2 5卷第 1 2期 C h i nJ O r t h o p ,D e c e m b e r 2 0 0 5 ,V o l . 2 5 ,N o . 1 2

    作者单位: 3 0 0 2 1 1 天津医院创伤骨科( 肖湘) ; 香港中文大学创伤骨

    科学系( 梁国穗)! ! 一、 导航系统概述

    计算机辅助矫形外科正在逐渐进入到创伤骨科领域。计

    算机辅助矫形外科是指通过导航系统或智能装置改善术区

    显露、 增加手术的准确性、 减少医患双方接触射线的时间以

    及促进骨科手术的微创操作。遥控追踪技术是现代计算机辅

    助矫形外科的基础。目前最常用的是基于红外线的追踪器,包括主动追踪器( 依靠红外线发射) 和被动追踪器( 利用红外

    线反射) 。根据不同的注册方法, 骨科导航系统可以分为基于

    术前 C T影像的导航系统、基于术中二维透视影像的导航系

    统、 基于术中三维透视影像的导航系统、 基于模态( m o d a l i t y -

    b a s e dn a v i g a t i o n ) 的导航系统以及无影像导航系统。

    基于术前 C T影像的导航系统适用于脊柱骨折 ( 特别是

    手术操作困难的颈椎、 胸椎骨折) 椎弓根钉固定术、 骨盆或髋

    臼骨折经皮螺钉固定术以及骨盆骨折愈合不良的矫正术。基

    于术前 C T影像导航的优点是三维立体图像, 影像清晰。缺点

    是注册时间长, 有时可出现注册错误而影响导航的准确性[ 1 , 2 ]

    ( 图 1 ) 。

    基于模态的导航系统,导航系统直接与 C T或 MR扫描

    器连接。优点: 无须注册, 可以直接获取复位后的 C T或 MR

    影像并在导航下放置内植物, 影像显示清晰, 扫描容积大。缺

    点: 花费高; 由于空间等原因, C T或 MR扫描器不能安装在手

    术室; 另外由于 C T或 MR装置庞大, 术中复位操作受限。因

    此基于模态的导航系统目前尚不能推广。

    基于术中二维透视影像的导航系统始于 1 9 9 9年, 从

    2 0 0 0年开始进入临床应用[ 3 , 4 ] 。 将术中 “C ” 型臂 X线机透视的

    影像资料输入到导航系统, 术者可以同时在 4个不同的影像

    平面观察导航器械的位置。其适用于下肢长骨干骨折髓内钉

    远端交锁、 骶髂关节或髋臼骨折经皮螺钉固定、 脊柱骨折椎

    弓根螺钉固定、 股骨颈骨折空心钉固定、 股骨转子间骨折动

    力髋螺钉固定以及股骨干骨折闭合复位内固定 [ 5 ] 。优点: 无

    需术前计划、 无需术中注册、 随时更新并贮存多个影像进行

    同步导航。缺点: 如果患者过度肥胖或有生物气可以影响透

    视影像的质量( 图 2 ) 。

    1 9 9 9年, 德国的 S i e m e n s 公司制造了世界上第一台移动

    的 “C ” 型臂样三维透视装置( I s oC3 - DS i e m e n s 移动 “C ” 型

    臂, 图 3 ) 。该装置在机械设计上去除了中央管球与 “C ” 型臂

    几何旋转轴之间的分叉, 同时用步进电机在外科目标周围实

    现 1 9 0 ° 的高精度轨道旋转,以获取断层影像并进行三维重

    建。 I s oC三维影像导航始于 2 0 0 3年, 其可以在术中直接获取

    三维影像资料,并在立体图像指导下更准确地放置内植物。

    该系统适于椎弓根螺钉固定, 骶髂螺钉固定, 髋臼前柱、 后柱

    螺钉固定以及所有需要闭合螺钉固定的四肢骨折。但是 I s o

    C3 - D影像质量不如 C T , 特别是在应用内植物时更明显。因

    此 I s oC3 - D主要用于骨盆骨折和四肢骨折( 图 4 ) 。

    无影像导航系统主要用于关节外科( 图 5 ) 。

    二、 导航系统在脊柱骨折内固定中的应用

    计算机辅助导航系统首次用于脊柱外科[ 6 ] , 开始仅限于

    腰椎。由于设备的持续改善, 适应证已经扩大到颈椎和胸椎。

    虽然基于 “C ” 型臂透视导航具有术中易于操作和无须注册等

    优势, 但是在某些不易显露、 操作困难的脊柱区域如颈椎或

    上胸椎影像质量差, 而且在影像边缘失真。因此该导航系统

    适用于腰椎骨折内固定术。基于 C T影像的导航系统可以提

    计算机辅助导航在创伤骨科的

    应用与研究进展

    · 综述·

    肖湘 梁国穗

    图 1 基于术前 C T影像的导航系统

    图 2 基于术中二维透视影像的导航系统

    7 4 4 · ·中华骨科杂志 2 0 0 5年 1 2月第 2 5卷第 1 2期 C h i nJ O r t h o p ,D e c e m b e r 2 0 0 5 ,V o l . 2 5 ,N o . 1 2

    高颈椎和上胸椎手术的准确性, 并进行术前计划, 能够指导

    整个脊柱的内固定手术, 因此是目前脊柱外科最常用的导航

    系统。但是, 也应该注意防止其潜在的失误, 如: 脊柱追踪器

    松动、 注册点选择在错误的解剖平面和追踪器失灵等。而基

    于 I s oC3 - D透视导航系统可用于从 C 1 ~ S 2的整个脊柱的急

    症扫描。

    基于 C T影像的导航系统,对于上颈椎手术可用于寰枢

    椎经关节螺钉固定、 H a n g m a n骨折经 C 2椎弓根螺钉固定[ 7 ] 、齿突骨折经前路固定等。为了识别螺钉的正确进钉点, 术中

    需要标出小关节面和棘突。上颈椎手术易于损伤附近的椎动

    脉、 脊神经和脊髓, 而应用导航系统可以减少上述并发症。用

    于胸椎手术时应该注意下列问题: ( 1 )由于胸椎棘突的解剖

    影像重叠, 因此术前 C T扫描范围应该包括骨折椎体的上、 下

    各 2个椎体。一般需要扫描 5 ～ 6个胸椎。( 2 ) 术前 C T扫描的

    断层片不应该少于 2 0 0张。( 3 ) 术前计划应该在具有完整棘

    突的正常椎体上选择成对的注册点, 以利于术中识别。如果

    注册点选择在骨折的椎体上,那么在手术前搬运患者时, 由

    于骨折椎体的高度改变, 可以影响注册的准确性。( 4 ) 在需要

    导航定位的全部椎体上选择 4 ～ 5对注册点, 以此确定椎弓根

    螺钉的进钉轨迹。

    三、 导航系统在骨盆和髋臼内固定中的应用

    在骨盆和髋臼骨折手术中, 目前常规应用开放复位和内

    固定来重建髋臼和骨盆的正常解剖结构。这类手术的缺点是

    手术创伤大、 术中出血多、 手术时间长, 常常合并神经血管损

    伤、 感染、 骨折不愈合等并发症。

    导航系统的适应证目前主要集中在可以闭合复位的骶

    骨骨折和骶髂关节分离的后骨盆环损伤[ 8 - 1 0 ] , 治疗方法是在

    S 1平面经皮固定骶髂关节。导航下经皮固定技术还可用于可

    以闭合复位的髋臼前柱、 后柱骨折[ 1 1 , 1 2 ] 以及髋臼高位横形骨

    折, 平均透视时间是 1 . 4 ～ 4 . 4m i n [ 8 , 9 , 1 2 ] 。而近期的研究显示, 导

    航下经皮固定术所需的透视时间明显减少。平均每个螺钉的

    透视时间为 0 . 5m i n[ 1 3 ] , 明显优于传统方法[ 8 , 9 ] 。

    基于术前 C T影像的导航系统准确性高,适用于无移位

    或轻度移位的骨盆损伤[ 1 3 - 1 5 ] ( 骶骨骨折、 骶髂关节脱位) 、 髋臼

    骨折[ 1 3 - 1 6 ] ( 髋臼前柱、 后柱骨折、 髋臼横形骨折) 、 骶骨发育异

    常以及骶骨肿瘤切除。H u e g l i 等[ 1 7 ] 还报告了在 C T导航下经

    皮钻孔植骨、 螺钉固定延迟愈合的骶骨骨折的初步经验 ......