Компьютерная навигация в хирургии шейного и грудного отделов позвоночника

КОМПЬЮТЕРНАЯ НАВИГАЦИЯ В ХИРУРГИИ ШЕЙНОГО И ГРУДНОГО ОТДЕЛОВ ПОЗВОНОЧНИКА

COMPUTER NAVIGATION IN SURGERY OF CERVICAL AND THORACIC SPINE

Новокшонов А.В. Федоров М.Ю. Якушин О.А. Ванеев А.В. Елистратов О.Б. Глебов П.Г.

Novokshonov A.V. Fedorov M.Y. Yakushin O.A. Vaneev A.V. Elistratov O.B. Glebov P.G.

Федеральное государственное Federal state medical prophylactic institution

лечебно-профилактическое учреждение «Scientific clinical center

«Научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров», of miners' health protection»,

г. Ленинск-Кузнецкий, Россия Leninsk-Kuznetsky, Russia

Представлены литературные данные по компьютерной навигации в хирургии шейного и грудного отделов позвоночника. Навигация показана в сложных анатомических ситуациях, например, при хирургии краниоцер-викальной и цервикоторакальной областей и при повторных операциях. Описан случай успешной реконструктивно-восстановительной операции на позвоночнике и спинном мозге при осложненной позвоночно-спинно-мозговой травме на шейно-грудном уровне с использованием компьютерной навигации.

Ключевые слова: компьютерная навигация позвоночника; позвоночно-спинномозговая травма.

The literature data on computer navigation in surgery of cervical and thoracic spine are presented. The navigation is shown in difficult anatomic situations, for example, in surgery of craniocervical and cervicothoracic regions and in repeated operations. The article presents the case of successful reconstructive operation of spine and spinal cord in complicated vertebro-cerebrospinal trauma at the cervicothoracic level using computer navigation.

Key words: computer navigation of spine; vertebro-cerebrospinal trau-

Техника стабилизации шейного и грудного отделов позвоночника, в сравнении с поясничным отделом, принципиально не отличается. Суть оперативных вмешательств заключается в том, что в позвоночник устанавливаются винты и соединяются стержнями (сзади) и пластиной (спереди) для достижения первичной стабильности. Трансартикулярную фиксацию С1/С2 позвонков винтом ввел Magerl [10]. Judet [10] описал еще одну технику фиксации перелома pars interarticularis С2 позвонка, при которой винт соединяет обе стороны перелома.

Ориентирами в области хирургического вмешательства являются дугоотростчатые фасеточные суставы и поперечные отростки, которые служат для идентификации точки входа винта. Из-за трудности точного рассмотрения направления сверления и длины винта требуется интраоперационное флуороскопи-ческое исследование. Главное отличие между поясничным и шейным c грудным отделами позвоночника

№ 1 [март]

— в различном размере анатомических структур. Следовательно, ручное отведение назад при просверливании ножки для шейного и грудного отделов менее удобно, т.к. рядом находятся важные структуры, подверженные риску: позвоночная артерия, спинномозговые нервы или спинной мозг.

Интраоперационная навигация предполагает предоперационное планирование положения винтов и интраоперационный перенос этих данных для оптимальной их установки.

Навигационные системы дают возможность навигации хирургического инструмента во время операции в режиме реального времени с использованием изображений анатомических структур больного. Установка преобразует изображения, полученные при исследовании больного с помощью рентгена, компьютерной томографии (КТ) или магнитно-резонансной томографии (МРТ) перед операцией, и показывает их на экране в различных проекциях (осевой, сагиттальной,

— Й

коронарной, а также в других, специальных режимах).

Таким образом, хирург может до операции создавать, сохранять и моделировать планируемое продвижение по одной или нескольким предполагаемым траекториям — хирургическим планам. Во время операции система отслеживает положение хирургических инструментов по отношению к анатомическим структурам больного и непрерывно обновляет позицию инструмента на экране. Установка может также показывать, как фактическая позиция и траектория движения инструмента во время операции соотносится с предоперационным планом, и помогает хирургу следовать запланированной траектории.

ИНТРАОПЕРАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ НАВИГАЦИИ ШЕЙНОГО И ГРУДНОГО ОТДЕЛОВ ПОЗВОНОЧНИКА

Навигационные системы дают возможность навигации хирургического инструмента во время операции.

Имеются два разных метода навигации, которые отличаются по типу цифровых данных, загружаемых в рабочую станцию: КТ навигация и флуороскопическая навигация. Компьютерно-томографические данные обеспечивают трехмерную реконструкцию, а интраопераци-онная флуороскопия дает только двухмерные изображения.

КТ навигация. КТ навигация требует специального КТ протокола до операции. Для планирования точного размещения винта обязательны последовательные аксиальные снимки 1,5 мм. Точка входа винта и направление винта вычисляются до операции с помощью навигационного программного обеспечения с целью минимизации потенциального повреждения важных структур, т.е. спинного мозга, позвоночной артерии, нервных корешков. Также перед операцией определяют длину и диаметр винта.

Дооперационное планирование переносится на хирургическую область при условии, что виртуальную анатомию можно соотнести с интраоперационными ориентирами. Хирургические инструменты, оборудованные светодиодами, связаны с системой навигации через оптоэ-лектрическую камеру, отслеживающую их в трехмерном пространстве, т.е. определяется расположение инструментов в виртуальной области. Хирург может использовать эту виртуальную область как эталон для точного размещения всех инструментов. Система координат, также оборудованная светодиода-ми, отслеживает движение грудной клетки, вызванное дыханием или манипуляциями хирурга, и переносит данные в виртуальную среду. Хирург идентифицирует спиналь-ные ориентиры. Все полученные данные соотносятся со срезом КТ. Точки входа винтов идентифицируются и соотносятся с виртуальным изображением на экране для оптимального размещения.

Флуороскопическая навигация. При такой технике компьютер загружается во время операции рядом двухмерных флуороскопических проекций шейного отдела позвоночника. Усилитель изображений оборудован светодиодами, постоянно передающими информацию на

навигационный компьютер. После получения флуороскопических проекций положение усилителя снимков известно, так что соотнесение виртуальной и хирургической областей не обязательно. Инструменты со светодиодами определяются в трехмерных флуорограммах.

ТРАНСАРТИКУЛЯРНАЯ ФИКСАЦИЯ ВИНТОМ

С1/С2 ПОЗВОНКОВ

При проведении трансартикуляр-ной фиксации винтом С1/С2 позвонков требуется срез при проведении компьютерной томографии 1,5 мм. Дорсальная флексия шеи при сканировании обеспечивает вправление атлантодентального подвывиха. Этот набор данных переносится в компьютер для оптимального планирования размещения винта. В первую очередь нужно определить центральную точку в межсуставной части С2 позвонка, где позвоночная артерия ближе всего контактирует с С2 позвонком. При диаметре менее 6 мм безопасная установка трансартикулярного винта невозможна. От этой центральной точки определяется краниальное направление винта: на сагиттальной проекции винт должен пересекать сочленение С1/С2 позвонков в дорсальной или средней трети сустава и должен быть закреплен как минимум на 10 мм в боковое образование С1 позвонка. На коронарной проекции винт должен размещаться в средней трети С1/С2 позвонков.

В виртуальной области кончик винта правильно отслеживаться не будет, так как С1 позвонок не соотносится с местом хирургической манипуляции. Положение этого позвонка нужно оценивать по флу-орограммам после размещения пациента на столе. Интраоперацион-ное атлантодентальное расстояние должно быть приблизительно аналогично расстоянию при сборе данных КТ, так, чтобы из виртуальной хирургической области можно было сделать выводы о размещении винта в пределах первого позвонка. Винты вставляются в соответствии с дооперационным планированием. Weidneг А. et а1. [10] в группе из 115 пациентов (108 — страдали

Й—

ревматоидным артритом) провели трансартикулярную фиксацию из-за атлантдентального подвывиха. В 37 случаях винты имплантировали с помощью КТ навигации. В контрольной группе (78 человек) использовалась стандартная техника, основанная на анатомических ориентирах и внутриоперацион-ной флуороскопии. Инфекций, повреждений мозговой оболочки или неврологических структур не было. Авторы описывают одно грозное осложнение. Одна женщина в контрольной группе умерла из-за повреждения позвоночной артерии винтом. Винт был биомеханически правильно установлен. Позвоночная артерия показала анатомическую вариацию, которая не была определена перед операцией.

Положение винта оценивается по классификации Madawi [6]: правильное положение винта — вход более 5 мм в С1 позвонок, протру-зия кончика винта над передней дугой С1 позвонка, менее 5 мм на боковой рентгенограмме. Кроме того, кончик винта должен проектироваться в средней трети сочленения С1/С2 позвонков, наблюдаемого на переднезадней рентгенограмме. Отклонение существует, когда винт не находится в средней трети, но по-прежнему расположен в пределах межсуставной части С2 позвонка. Винт расположен неправильно, медиально или лате-рально наружу от межсуставной части С2 позвонка.

Чаще всего наблюдалось боковое смещение. В группе навигации в боковую треть смещались только 4 винта. Боковое смещение было значительно выше в контрольной группе (23 винта). В группе навигации не было неправильно расположенных винтов, тогда как в контрольной их было 8, без каких-либо клинических осложнений.

НАВИГАЦИЯ В ХИРУРГИИ

ПЕРЕДНЕГО ДОСТУПА

ШЕЙНОГО ОТДЕЛА

ПОЗВОНОЧНИКА

При переднем доступе к шейному отделу позвоночника возможно использование КТ навигации, но идентификация анатомических ориентиров в этой области однозначно труднее для соотнесения,

чем в тыльной области краниовер-тебрального сочленения. Bolger et al. [2] представили 40 операций, в которых навигация не могла быть выполнена у семи пациентов из-за проблем с определением ориентиров. У следующих пяти значительно увеличилось время операции. Однако у 28 больных смогли достичь точности 0,74 ± 0,4 мм без какой-либо задержки. Часто для интраоперационной навигации достаточно лишь стандартных рентгенограмм. Для спондиллосинте-за передних отделов на шейном уровне компьютерная навигация не имеет значительного преимущества над стандартной техникой, так как точка входа винта четко видна, а современные винты способствуют монокортикальной фиксации. Ни двухмерная стандартная флуоро-скопия (из-за точности флуорограм-мы), ни трехмерная KT навигация (из-за того, что после установки костного трансплатата положение тела позвонка изменяется по сравнению с дооперационным снимком) в настоящее время не могут визуализировать задний корковый слой тела позвонка.

НАВИГАЦИЯ В ХИРУРГИИ

ЗАДНИХ ОТДЕЛОВ

ГРУДНОГО ОТДЕЛА

ПОЗВОНОЧНИКА

При заднем доступе винты вкручиваются или в боковую область или в корень дуги. Сообщается о повреждениях нервных корешков. Richter et al. [8] обнаружили, что у 92 % всех винтов в области корня дуг, вставляемых при навигации, повреждения костной стенки корня дуги не произошло. В другом исследовании во всех 36 случаях винты через корень дуги были установлены правильно [4]. Винты для боковой области, однако, можно вставлять безопасно без навигации. Направление винта параллельно проекции фасеточного сустава, а винт вставляется на 20° антерола-терально. Такую процедуру легко контролировать прямым наблюдением.

Приведем клинический пример.

Пациент Г., 1973 г.р., травма автодорожная 23.05.2009 г., доставлен на реанимобиле в

ГНКЦОЗШ г. Ленинска-Кузнец-кого 26.05.2009 г.

При поступлении жалобы на боль в шейном и грудном отделах позвоночника, отсутствие движений и чувствительности в ногах, невозможность самостоятельного мочеиспускания, а также на головную боль.

Status praesens. Общее состояние тяжелое. Положение пассивное, лежа на спине. Дыхание самостоятельное, ритмичное, через естественные дыхательные пути. Кожные покровы обычной окраски. В легких дыхание жесткое, ослаблено в нижних отделах, единичные проводные хрипы. АД 110/70 мм рт. ст., ЧСС 86 в мин. Живот обычной формы, при пальпации мягкий.

Status localis. Отмечается выраженная болезненность при движении и пальпации в проекции остистых отростков C7-Th5 позвонков. В проекции Th3 определяется ки-фотическая деформация. Паравер-тебральные мышцы на шейном и грудном уровне напряжены, болезненные при пальпации. Умеренная болезненность в области ушитых ран теменно-затылочной области справа. Шейный отдел позвоночника фиксирован воротником «Филадельфия».

Неврологический статус. Сознание ясное, свободно вступает в речевой контакт, поведение спокойное, ориентирован в окружающей обстановке. Голова правильной формы, отечность в правой теменно-затылочной области, перкуссия черепа диффузно болезненная. Лицо симметричное. Глазные щели D = S. Динамика глазных яблок в полном объеме, ослаблена конвергенция, нистагм мелкоразмашистый, установочный, в крайних отведениях. Язык по средней линии. Активные движения, сила и мышечный тонус в руках достаточные. Сухожильные рефлексы живые, чувствительных нарушений нет. Отмечается синдром полного нарушения проводимости спинного мозга с уровня Th2 сегмента спинного мозга в виде нижней параплегии, анестезии с уровня Th2 сегмента и нарушение

функции тазовых органов по типу задержки.

Обследование.

МСКТ ОГК: перелом 2 ребра справа, головки 3-5 ребер слева без смещения, перелом головки и шейки 4 ребра справа со смещением. Правосторонняя нижнедолевая полисегментарная (аспирационная?) пневмония. Двусторонний гидроторакс.

МСКТ шейного отдела позвоночника: сцепившийся вывих в позвоночных суставах на уровне С6-С7 справа, С7-ТЫ позвонков слева. Антелистез С7, перелом корня дужки С7 позвонка справа с переходом на правый поперечный отросток. Перелом дужки С7 слева, левого поперечного отростка, нижнего суставного отростка С7 позвонка слева со смещением кзади.

МСКТ грудного отдела позвоночника: сцепившийся перело-мовывих тела ТЬ3 со смещением кпереди вправо и захождением на тело ТЬ4 позвонков. Перелом дуг, смежных суставных отростков ТЬ3-ТЬ4 позвонков. Перелом перед-неверхнего края тела ТЬ4 позвонка. Сдавление спинномозгового канала на уровне ТЬ3-ТЬ4 позвонков. Перелом поперечных отростков слева ТЬ3-ТЬ4 позвонков. Перелом ребер 1-2 справа, 3-5 слева, перелом остистого отростка ТЬ3 позвонка.

МСКТ черепа и головного мозга: трепанационный дефект правой теменной кости до 4 см в поперечнике. Локальная пневмоцефалия, субарахноидальное кровоизлияние. Импрессия переднего края костного дефекта интракраниально до 0,7 см (рис. 1, 2).

Диагноз: Политравма. Закрытая осложненная позвоночно-спинно-мозговая травма, сцепившийся вывих С6-С7, С7-ТЫ, перелом корня дуги С7 позвонков с переходом на поперечный отросток справа, дуги, поперечного и нижнего суставного отростка слева, переломовывих ТЬ3 позвонка со смещением, перелом дуг смежных суставных отростков и поперечных отростков ТЬ3-ТЬ4 позвонков слева с повреждением спинного мозга, синдром полного нарушения проводимости спинного мозга с уровня ТЬ2 сег-

№ 1[март]2010

Рисунок 1

МСКТ грудного отдела позвоночника больного Г. при поступлении — сцепившийся переломовывих ^3 позвонка со смещением кпереди вправо и захождением на тело ^4. Перелом дуг, смежных суставных отростков ^3-^4. Перелом передневерхнего края тела ^4.

Рисунок 2

МСКТ грудного отдела позвоночника больного Г. при поступлении — сдавление спинномозгового канала на уровне ^3-^4.

мента в виде нижней параплегии и нарушения функции тазовых органов по типу задержки. Открытая черепно-мозговая травма, скальпированная рана теменно-затылочной области справа, состояние после трепанации черепа, удаления вдавленных костных отломков теменной кости справа. Закрытый осложненный перелом 2 и 4-го ребер справа;

3, 4, 5-го ребер слева с развитием минимального гидроторакса, ушиб н/доли правого легкого. Ушиб правого голеностопного сустава, инфицированная рана правой голени.

Пациенту проводилась интенсивная терапия, после стабилизации состояния 8.06.2009 г. проведена операция: ламинэктомия ТЬ3-ТЬ4, ревизия спинного мозга, миелора-

дикулолиз, пластика твердой мозговой оболочки. Транспедикуляр-ная фиксация ТЬ2-ТЬ5 позвонков с использованием компьютерной навигации аппаратом фирмы Мед-троник (рис. 3, 4).

На операции спинной мозг отечен, анатомически не поврежден. Послеоперационный период протекал без осложнений. Заживление

Рисунок 3

МСКТ грудного отдела позвоночника больного Г. после ламинэктомии ^3-^4, передней декомпрессии спинного мозга на уровне ^3-^4, открытого вправления переломовывиха тела ^3 позвонка, устранения правостороннего травматического сколиоза, проведения транспедикулярной фиксации на уровне ^2-^5 с использованием компьютерной навигации аппаратом Медтроник.

20

ПОЛИТРАВМА

Рисунок 4

Рентгенограммы больного Г. после операции открытого вправления сцепившегося переломовывиха ^3 позвонка — грудной отдел позвоночника фиксирован системой транспедикулярной фиксации на уровне ТЬ2-^5.

UOV зооеп SW

т

It DIM (2D) ь

Т* 00

послеоперационной раны первичным натяжением. Регрессировал болевой синдром.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Интраоперационная навигация в хирургии позвоночника повышает точность установки фиксирующих винтов на шейном и грудном уровнях. Однако в настоящее время имеется небольшое количество исследований по применению навигационных систем для шейного и грудного отделов позвоночника [5]. Данные литературы показывают значительное улучшение положения винта при использовании навигации [9]. Однако это не указывает напрямую на снижение распространенности повреждений сосудисто-нервных структур позвоночного канала [10].

Самый важный фактор новой технологии должен включать клиническое улучшение и благоприятный послеоперационный исход.

Навигация может быть показана в сложных анатомических ситуациях, например, при смещении костных структур или при повторных хирургических операциях. КТ на-

Литература:

вигация имеет смысл для винтовой фиксации нестабильности С1/С2 и для перелома С2 позвонков, а также для операций, где трудно получить внутриоперационные изображения, например, в краниоцервикальной и цервикоторакальной областях.

Сопоставление предоперационных срезов компьютерной томографии и внутриоперационных рентгенограмм определенно откроет новые пути для минимально инвазив-ных методов в хирургии шейного и грудного отделов позвоночника.

1. Spinal navigation in cervical fractures - a premilinary clinical study on Judet-osteosynthesis of the axis /M. Arand, E. Hartwig, L. Kinzl, F. Gebhard //Comput. Aided. Surg. - 2001. - N 6. - P. 170-175.

2. Frameless sterejtaxy and anterior cervical surgery /C. Bolger, C. Wigfield, T. Melkent, K. Smith //Comput. Aided. Surg. - 1999.

- N 4. - P. 322-327.

3. Foley, K. Image-guided spine surgery /K. Foley, M. Smith //Neuro-surg. Clin. N. Am. - 1996. - N 7. - P. 171-186.

4. Cervical pedicle screw insertion: assessment of safety and accuracy with computer-assisted image guidance /M. Kamimura, S. Eba-ra, H. Itoh [et al.] //J. Spinal Disord. - 2000. - Vol. 13. - P. 218-224.

5. Accuracy of pedicle screw insertion with and without computer assistance: a randomized controlledclinical study in 100 consecutive patients /T. Laine, N. Lund, M. Ylikoski [et al.] //Eur. Spine J.

- 2000. - N 9. - P. 235-241.

6. Radiological and anatomical evaluation of the atlantoaxial transarticular screw fixation technique /A.A. Madawi, A.T. Casey, G.A. Solanki [et al.] //J. Neurosurg. - 1997. - Vol. 86. - P. 961968.

7. Clinical evaluation of a system for precision enhancement in spine surgery /L.P. Nolte, L. Zamorano, H. Visarius [et al.] //Clin. Bio-mech. - 1995. - N 10. - P. 293-303.

8. Computer-assisted surgery in posterior instrumentation of the cervical spine: an in-vitro feasibility study /M. Richter, L.P. Amiot,

№ 1[март] 2010

S. Neller [et al.] //Eur. Spine J. - 2000. - N 9, Suppl.1. - P. S65-S70.

9. Schulze, C.J. Clinical relevance of accuracy of pedicle screw placement - a computed tomographic-supported analysis /C.J. Schulze, E. Munzinger, U. Weber //Spine. - 1998. - Vol. 23, N 20. - P. 2215-2221.

10. Weidner, A. Modification of C1-C2 trasarticular screw fixation by image-guided surgery /A. Weidner, M. Wahler, S.T. Chiu //Sine.

- 2000. - Vol. 25. - P. 2668-2674.

Сведения об авторах:

Новокшонов А.В., д.м.н., заведующий центром нейрохирургии, Федеральное государственное лечебно-профилактическое учреждение «Научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров», г. Ленинск-Кузнецкий, Россия.

Федоров М.Ю., к.м.н., заведующий нейрохирургическим отделением № 1, Федеральное государственное лечебно-профилактическое учреждение «Научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров», г. Ленинск-Кузнецкий, Россия.

Якушин О.А., к.м.н., заведующий нейрохирургическим отделением № 2, Федеральное государственное лечебно-профилактическое учреждение «Научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров», г. Ленинск-Кузнецкий, Россия.

Ванеев А.В., врач-нейрохирург, нейрохирургическое отделение № 1, Федеральное государственное лечебно-профилактическое учреждение «Научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров», г. Ленинск-Кузнецкий, Россия.

Елистратов О.Б., врач-нейрохирург, нейрохирургическое отделение № 1, Федеральное государственное лечебно-профилактическое учреждение «Научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров», г. Ленинск-Кузнецкий, Россия.

Глебов П.Г., врач-нейрохирург, нейрохирургическое отделение № 2, Федеральное государственное лечебно-профилактическое учреждение «Научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров», г. Ленинск-Кузнецкий, Россия.

Адрес для переписки:

Новокшонов А.В., 7-й микрорайон, № 9, ФГЛПУ «НКЦОЗШ», г. Ленинск-Кузнецкий, Кемеровская область, Россия, 652509

Тел. 8 (38456) 2-40-16

E-mail: info@gnkc.kuzbass.net

Information about authors:

Novokshonov A.V., PhD, head of neurosurgery center, Federal State Medical Prophylactic Institution «Scientific Clinical Center of Miners' Health Protection», Leninsk-Kuznetsky, Russia.

Fedorov M.Y., MD, head of neurosurgery department № 1, Federal State Medical Prophylactic Institution «Scientific Clinical Center of Miners' Health Protection», Leninsk-Kuznetsky, Russia.

Yakushin O.A., MD, head of neurosurgery department № 2, Federal State Medical Prophylactic Institution «Scientific Clinical Center of Miners' Health Protection», Leninsk-Kuznetsky, Russia.

Vaneev A.V., neurosurgeon of neurosurgery department № 1, Federal State Medical Prophylactic Institution «Scientific Clinical Center of Miners' Health Protection», Leninsk-Kuznetsky, Russia.

Elistratov O.B., neurosurgeon of neurosurgery department № 1, Federal State Medical Prophylactic Institution «Scientific Clinical Center of Miners' Health Protection», Leninsk-Kuznetsky, Russia.

Glebov P.G., neurosurgeon of neurosurgery department № 2, Federal State Medical Prophylactic Institution «Scientific Clinical Center of Miners' Health Protection», Leninsk-Kuznetsky, Russia.

Address for correspondence:

Novokshonov A.V., 7th district, 9, Federal state medical prophylactic institution «Scientific clinical center of miners' health protection», Leninsk-Kuznetsky, Kemerovo region, Russia, 652509

Tel. 8 (38456) 2-40-16

E-mail: info@gnkc.kuzbass.net

m

ПОЛИТРАВМА