Навигационное устройство для введения винтов при транспедикулярной фиксации на грудном и поясничном отделах позвоночника

Полезная модель относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии, нейрохирургии. Может использоваться в качестве механической системы навигации в хирургии для транспедикулярной фиксации при лечении повреждений и заболеваний грудного и поясничного отделов позвоночника.
Сохраняющиеся технические ошибки, связанные с проведением транспедикулярных винтов мимо анатомических ориентиров, составляют до 5% (Усиков В.В., Усиков В.Д., 2006; Бублик Л.А. с соавт., 2007; Бердюгин К.А., Каренин М.С., 2010; Schwab F.J., Nazarian D.G., Mahnmud F. et al, 1995; Davne S.H., 1999), что приводит к поиску решений по уменьшению данных осложнений.
Для проведения транспедикулярного винта необходимо четко знать точку введения и углы наклона в сагиттальной и аксиальной плоскостях с учетом анатомии каждого позвонка. Современные рентгеновские системы, такие как О-arm или интраоперационная компьютерная томография, позволяют получать изображения непосредственно в аксиальной проекции. Также разработаны и применяются навигационные системы, позволяющие значительно повысить точность установки винтов. Существенными недостатками указанных методик являются сложность и высокая цена, что ограничивает их широкое применение. По этой причине продолжают публиковаться альтернативные способы и методики определения точек и углов введения винтов. Первые известные способы установки транспедикулярных винтов подразумевали определение «типичных» точек введения по анатомическим ориентирам. Методик определения таких точек предложено множество.
Известен способ определения направления введения транспедикулярных винтов при педикулокорпоральном остеосинтезе нижнегрудных и поясничных позвонков, патент РФ №2204341, МПК А61В 17/56. Винты вводят через прибавочные отростки позвонков с учетом данных углов отклонения, минимальных поперечных размеров ножек дуг позвонков и расстояния между прибавочными отростками позвонков. После обнажения задних костных структур нижнегрудного или поясничного отдела позвоночника, опираясь на данные положения и расстояния между прибавочными отростками позвонков, определяют местоположение последних. С учетом известных величин углов отклонения минимальных поперечных размеров ножек дуг позвонков в прибавочные отростки вводятся транспедикулярные винты.
При данном способе исключается повреждение кортикального слоя ножек позвонков. Недостатками данного способа являются:
- использование усредненных табличных данных: углов отклонения, минимальных поперечных размеров ножек дуг позвонков и расстояния между прибавочными отростками;
- сложности в обнаружении прибавочных отростков, особенно при нарушении анатомии позвоночника.
Известен способ установки винтов для транспедикулярной стабилизации позвоночника, патент РФ №2620355, МПК А61В 17/56. На основе проведенной компьютерной томографии создается карта разметки путем создания мультипланарной реконструкции в плоскости введения винтов и на ее основе формируется изображение в формате DICOM, на котором отмечаются траектории введения винтов, расстояние между надостистой связкой и точкой на траектории винта на этом же уровне. По сформированной карте разметки интраоперационно точки введения винтов определяются индивидуально. Угол отклонения в сагиттальной плоскости определяется по боковому рентгеновскому снимку, а угол отклонения в аксиальной плоскости определяется опосредованно на основании расстояния от вершины остистого отростка, определенного на карте разметки. Технически во время операции независимо от патологии первым этапом осуществляется установка винтов (на неизмененной анатомии). На основании карты разметки определяют точки введения винтов по отношению к окружающим костным структурам, в том числе выше и ниже точек введения. Дополнительным фактором точности служит измерение расстояния между точками введения. В выбранные точки устанавливают спицы, угол отклонения в сагиттальной плоскости контролируют по боковому рентгеновскому снимку. Направление фиксируют установкой дополнительной спицы (обычно в остистый отросток). Вводят инструмент для формирования штифт-канала, при этом угол отклонения в сагиттальной плоскости контролируют по установленной дополнительной спице, а угол отклонения в аксиальной плоскости контролируют по расстоянию до вершины остистого отростка (надостистой связке), для чего используется разметочный циркуль с линейкой или штангенциркуль. При установке винта также контролируются углы в аксиальной плоскости по расстоянию до вершины остистого отростка (надостистой связке) и в сагиттальной плоскости по установленной дополнительной спице.
Преимуществами метода являются:
- более точное введение транспедикулярных винтов;
- не требует применения дорогостоящих приспособлений и систем навигации;
- позволяет производить рентгеновский контроль только в боковой проекции, что снижает лучевую нагрузку на пациента и персонал и дает возможность использовать обычный операционный стол.
К недостаткам метода следует отнести:
- поиск точек введения винтов при нарушенной анатомии затруднителен: неправильное определение одной точки введения может привести к ошибке с противоположной стороны на основании измеренного расстояния между точками введения;
- угол наклона в сагиттальной плоскости контролируется интраоперационно по дополнительной спице в остистом отростке; в связи с этим неясен смысл расчета угла наклона в сагиттальной плоскости, если его нельзя задать интраоперационно;
- угол отклонения в аксиальной плоскости может быть неточным, если положение разметочного циркуля с линейкой или штангенциркуля не будет совпадать с плоскостью, параллельной плоскости введения винтов.
За прототип нами взят навигатор для транспедикулярной фиксации, патент РФ №137191, МПК А61В 17/90, характеризующийся тем, что содержит направляющую, состоящую из двух планок, жестко соединенных между собой по центру вкладышем с винтами и двумя проставками по краям, с двумя подвижными узлами в виде ползунов, причем ползуны установлены с возможностью определения угла конвергенции, изменения расстояния от центра навигатора, углов поворота вокруг оси и зафиксированы гайками. Кроме того, фиксатор снабжен прижимом с гайками и шайбами, с помощью которых осуществляется фиксация навигатора, стержнем с резьбой для перемещения по нему вкладыша с гайками и шайбами для фиксации вкладыша, а также кронштейном и узлом, обеспечивающим изменения угла наклона навигатора в сагиттальной плоскости и жесткое перпендикулярное положение навигатора относительно оси позвонка. Основные параметры установки навигатора: расстояние от верхушки остистого отростка до центра горизонтальной детали навигатора; положение оптимальной точки введения стержня (согласно методическим рекомендациям, применяемой технологии или анатомическим особенностям); положение точки схождения стержней; положение линии введения стержня; величины малого катета и угол конвергенции а.
К преимуществам использования данного навигатора относятся:
- дешевизна при использовании трехмерной навигационной модели;
- заявленное точное введение транспедикулярных винтов;
- сборка, настройка механического навигатора и монтаж стержней вне позвонка, что сокращает время самой операции;
- жесткое крепление за остистые отростки с боков дает возможность передвигать навигатор вдоль позвоночника и крепить в нужном месте.
К недостаткам данной полезной навигационной модели относится отсутствие пояснений:
- о сборе данных по параметрам установки навигатора;
- о том, как задаются плоскости введения на навигаторе;
- о том, каким образом положение навигатора контролируется в сагиттальной плоскости, если направление введения винта в сагиттальной плоскости не заложено в основные параметры установки навигатора;
- о практическом применении навигационной модели.
Задачами полезной модели являются повышение точности проведения транспедикулярных винтов в грудном и поясничном отделах при травмах и заболеваниях позвоночника и уменьшение времени хирургического вмешательства при снижении лучевой нагрузки.
Поставленная задача была решена тем, что известное навигационное устройство, содержащее направляющую в виде двух вертикальных планок с проставками и подвижными ползунами и узел изменения наклона в сагиттальной плоскости, снабжено П-образным основанием с линейкой для перемещения по дужкам позвонков с возможностью фиксации стержнями у основания остистых отростков. Основание жестко соединено по центру с дополнительными вертикальными планками, которые заканчиваются ручкой для удобства расположения устройства относительно оси позвонка и удержания его в ране. Основание и направляющая подвижно соединены осью в нижней части дополнительных планок и регулировочным винтом в верхней части дополнительных планок для изменения наклона введения метчиков и транспедикулярных винтов в сагиттальной плоскости.
Сущность заявляемого решения поясняется рисунками:
Фиг. 1. Схематическое изображение навигационного устройства в сагиттальной проекции.
Фиг. 2. Схематическое изображение устройства в аксиальной проекции.
Фиг. 3. Схематическое изображение устройства, вид сверху.
Фиг. 4. Фото. Внешний вид устройства.
Навигационное устройство содержит П-образное основание (1) с линейкой для перемещения по дужкам позвонков, шириной 15 мм, которое фиксируется стержнями (2) у основания остистых отростков. Основание (1) жестко соединено по центру с дополнительными вертикальными планками (3) и ручкой (4) для удобства расположения устройства относительно оси позвонка и удержания его в ране. Подвижная часть устройства (направляющая) представлена двумя вертикальными планками (5), которые помещены между дополнительными планками (3). Вертикальные планки (5) по краям перпендикулярно соединены с проставками (6) (по две проставки с каждой стороны), центры которых находятся на расстоянии 70 и 120 мм от нижней плоскости устройства. В проставках (6) находятся подвижные узлы в виде ползунов (7) с возможностью изменения расстояния от центра навигатора, чем задается наклон в аксиальной плоскости. Ползуны (7) фиксируются к проставкам винтами (8). В центрах ползунов (7) находятся круглые отверстия (9), в которых фиксируются винтами (10) вначале метчики (11), а затем и центральные штанги транспедикулярных винтов. Дополнительные вертикальные планки (3) П-образного основания (1) и вертикальные планки (5) направляющей внизу подвижно соединены осью (12), а в верхней части данные вертикальные планки соединены регулировочным винтом (13) с гайками (14) для установки наклона в сагиттальной плоскости.
Навигационное устройство используется после того, как по результатам компьютерной томографии было выполнено предоперационное планирование, которое заключается в мультипланарной реконструкции и создании карты разметки для каждого транспедикулярного винта. Этапы реконструкции приведены на иллюстрациях:
Фиг. 5. Мультипланарная реконструкция, определение расстояний А и В.
R
L
Фиг. 6. Мультипланарная реконструкция, определение расстояний K, K.
R
L
R
L
Фиг. 7. Мультипланарная реконструкция, определение расстояний C, C, D, D.
Фиг. 8. Мультипланарная реконструкция, определение расстояния Е.
Фиг. 9. Мультипланарная реконструкция, определение расстояния F.
Фиг. 10. Сводная таблица расстояний после мультипланарной реконструкции.
Рассмотрим использование навигационного устройства на примере пациента с компрессионно-оскольчатым переломом тела ThVIII позвонка.
R
L
R
L
R
L
R
L
R
L
R
L
R
L
R
L
R
L
R
L
R
L
Для каждого транспедикулярного винта формируется изображение и определяется траектория проведения, создается карта разметки. В карте отмечается: А - расстояние между точками введения винтов (Фиг. 5); по расстояниям K и K подбирают длину винта (Фиг. 6); В - расстояние от горизонтальной линии в аксиальной проекции, проходящей через дужку вводимого позвонка (при сечении дужки 15 мм) до параллельной линии, проходящей через точки введения винтов в аксиальной проекции (Фиг. 5); C и C - расстояние от точки, находящейся на средней линии, проходящей через центр тела позвонка и центр дужки (при сечении дужки 15 мм) на высоте 70 мм до точек, находящихся на перпендикулярной линии в месте пересечения с траекторией введения винтов с двух сторон в аксиальной проекции (Фиг. 7); D и D - расстояние от точки, находящейся на средней линии, проходящей через центр тела позвонка и центр дужки (при сечении дужки 15 мм) на высоте 120 мм от центра дужки до точек, находящихся на перпендикулярной линии в месте пересечения с траекторией введения винтов с двух сторон в аксиальной проекции (Фиг. 7); Е - расстояние от точки, находящейся на высоте 150 мм от перпендикулярной линии, проведенной через дужки вводимого и соседнего позвонков (при сечении дужки 15 мм) до точки, находящейся на линии введения винта на той же высоте в сагиттальной проекции (отклонение винта в сагиттальной проекции) (Фиг. 8); F - расстояние от точки на дужке вводимого позвонка, находящейся на линии, проведенной через дужки вводимого и соседнего позвонков (при сечении дужки 15 мм) до точки введения винта на той же линии в сагиттальной проекции (дополнительно для поясничного отдела, так как дужки в поясничном отделе имеют выступающий острый край, где более четко можно отметить данную точку) (F) (Фиг. 9). На основе проведенной мультипланарной реконструкции создается сводная таблица с расстояниями на примере ThVII позвонка (Фиг. 10). По сформированной карте разметки данные с таблицы переносятся на навигационное устройство. Винтами (8) ослабляются ползуны (7) на проставках (6). Выставляются расстояния C и C на нижней, D и D на верхней проставках и винты (8) затягиваются, таким образом формируется угол конвергенции. С помощью гаек (14) на регулировочном винте (13) устанавливается расстояние (Е) (от центра соединения регулировочного винта до центра ближайшей регулировочной гайки), и тем самым получаем угол наклона в сагиттальной плоскости. Согласно выставленным расстояниям (C, C, D, D, E) вставляются метчики (11) в отверстия (9) в ползунах (7), далее устройство ставится на горизонтальную плоскость для выставления расстояний А и В. Причем, при точной установке угла конвергенции, выставляя расстояние А, должны получить расстояние В и наоборот. С помощью винтов (10) по выставленным расстояниям (А, В, C, C, D, D, E) метчики (11) фиксируются на ползунах. В собранном виде навигационное устройство накладывают на дужки двух соседних позвонков (ThVI, ThVII), располагая его строго по центру этих позвонков (как и проводилась разметка), чтобы метчики свободно расположились между дужками (в данном случае ThVI-ThVII) (Фиг. 1). В поясничном отделе в местах прижатия основания устройства к дужкам позвонков появятся условные точки соприкосновения на дужках. При перемещении устройства вдоль позвоночника от дужки ThVI к дужке ThVII метчики упрутся в костное препятствие дужки ThVII позвонка, т.е. метчики укажут на рассчитанные точки введения винтов на дужках ThVII позвонка. Для устойчивости устройство прижимается к позвоночнику и фиксируется стержнями к основанию остистых отростков. Стержни заводятся по резьбе и ограничены на введение до средней линии позвонка. Ослабляются крепления винтов (10) на ползунах, и метчики по заданной навигационной траектории с двух сторон вводятся в тело ThVII на 10-15 мм. Для уверенности положения метчиков однократно проводится рентгеноконтроль в двух проекциях. Метчики через 45 мм резко утолщаются для предотвращения случайного ятрогенного прохождения глубже. При сохранении навигационных траекторий продолжается формирование каналов для винтов, ориентируясь на длину каналов по расстояниям K и K (Фиг. 5); при необходимости щупом исследуются сформированные каналы. Затем в устройство вставляются винты на центральных штангах необходимой длины (с учетом расстояний K и K) и вкручиваются в подготовленные каналы.
R
L
R
L
Тем самым навигационное устройство позволяет: обеспечить точность введения винтов за счет того, что их траекторию можно точно выставить в аксиальной проекции по расстояниям C, C, D, D на проставках, чем с выставлять угол конвергенции на ползунах; в сагиттальной проекции по линейке также проще выставить расстояние Е, чем с помощью кронштейна и узла установить угол наклона навигатора; нет связи с вершиной остистого отростка или межостистой связки, незначительные отклонения которого приведут к отклонению от рассчитанных траекторий введения; чем ближе основная база устройства к точкам введения, тем меньше погрешностей в определении точек введения; уменьшить лучевую нагрузку на пациента за счет уменьшения количества снимков (не более 8 снимков на установку 6 винтов с учетом окончательного рентгенконтроля конструкции); уменьшить время операции за счет того, что проводится одновременно разметка и проведение винтов с двух сторон и уменьшается количество снимков.
Клинический пример: Больной Ц., 35 лет, поступил на лечение в нейрохирургическом отделении после ДТП с диагнозом: ОПСМТ. Компрессионно-оскольчатый перелом тела LII позвонка с ушибом и сдавлением эпиконуса спинного мозга. Нижний парапарез.
После СКТ исследования выполнена мультипланарная реконструкция позвоночника с занесением данных в карту разметки. Анестезия -эндотрахеальный наркоз. Послойный задний доступ к поврежденном отделу позвоночника. Для винтов в LI и LIII позвонки данные с карты разметки последовательно переносились на навигационное устройство. Навигационное устройство с закрепленными данными для LI позвонка опускалось в рану на дужки LI, LII позвонков, смещалось в сторону LI позвонка, пока метчики не упирались в костное препятствие дужки LI позвонка; стержни на П-образном основании вкручивались с двух сторон в основание остистого отростка LI позвонка; ослаблялись винты на проставках, которые фиксируют метчики, и одновременно с двух сторон метчики погрузились на глубину до 2 см; выполнен ЭОП контроль в 2-х проекциях и убедились в том, что траектории проведения метчиков совпадают с рассчитанными; дальнейшее формирование каналов метчиками на 45 мм (до расширения метчиков); метчики удалены и по той же траектории через навигационное устройство по ходу сформированных каналов нарезана резьба; выкручены стержни на П-образном основании и в навигационное устройство вставлены винты 50 мм на центральных штангах; с прежними параметрами навигационное устройство винтами возвращается в рану, где кончики винтов ориентируются в сформированные каналы, и стержни вкручиваются в прежние отверстия; по заданной траектории вкручиваются винты; ослабляются винты на проставках, и навигационное устройство удаляется. Затем данные с карты разметки переносятся на навигационную систему для винта LIII; устройство помещается в междужковый промежуток LIII-LIV, и манипуляции повторяются как и для позвонка LI. После введения винтов выполнен ЭОП контроль (3-й по счету). Наложена репозиционная система, произведена тракция позвоночника по оси и получены значительное расправление тела LII позвонка и исправление кифотической деформации позвоночника. Через заранее собранные муфты на наружных продольных штангах репозиционной системы под ЭОП контролем введены редукционные винты, и дальнейшими манипуляциями с гайками на центральных штангах полностью устранена деформация передней стенки позвоночного канала. Транспедикулярные винты с двух сторон соединены между собой отмоделированными фиксирующими штангами. Демонтирована репозиционная система, и рана послойно ушита с дренажами. Асептическая повязка. К концу первой недели отмечался регресс неврологических нарушений. Рана зажила первичным натяжением, и через 11 дней пациент переведен в отделение медицинской реабилитации.