Способ установки винтов для транспедикулярной стабилизации позвоночника (патент RU 2620355)

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии, нейрохирургии и может быть использовано для проведения транспедикулярной фиксации позвонков открытым способом при хирургическом лечении повреждений, заболеваний и деформаций позвоночника.

Способ включает предоперационное планирование траектории введения транспедикулярных винтов на основании компьютерной томографии позвоночника и установку винтов по спланированным траекториям. Для планирования может быть использована любая программа для просмотра медицинских изображений в формате DICOM, способная строить мультипланарные реконструкции (MPR) в произвольной плоскости (в открытых источниках имеется множество таких программ, в том числе и бесплатных и условно-бесплатных, например: “Onis 2.4 Free Edition”, “Inobitec DICOM Viewer”, “E-Film” и др.). На мультипланарной реконструкции в плоскости введения винтов выбираются наиболее оптимальные траектории прохождения (через ножки дуги в тела позвонков) для каждого винта. Для каждого позвонка формируется карта разметки, включающая срезы в трех плоскостях и отображением на плоскости введения винтов их траекторий вхождения, расстояние между точками введения винтов, расстояние между надостистой связкой и точкой на траектории винта на этом же уровне. Интраоперационно, точки введения винтов определяются на основании созданной карты разметки, угол вхождения в сагиттальной плоскости определяется путем рентгеноскопии в боковой проекции, угол схождения в аксиальной плоскости определяется опосредованно путем измерения расстояние между вершиной остистого отростка (надостистой связкой) и инструментом, использующимся для установки винта. Методика позволяет обеспечить точное введение транспедикулярных винтов, не требует применения дорогостоящих систем навигации, позволяет производить рентгеновский контроль только в боковой проекции, что снижает лучевую нагрузку на пациента и персонал и дает возможность использовать обычный (не рентгенпрозрачный) операционный стол.

Транспедикулярная стабилизация позвоночника применяется с 70х годов прошлого века (Roy-Camille R et.al, 1976) и в настоящее время стала “золотым стандартом” при лечении травматических повреждений позвоночника, первичных и метастатических опухолей позвоночника,  сколиотической болезни, гематогенного остеомиелита, туберкулезного спондилита, дегенеративного поражения и др. Несмотря на многообразие существующих транспедикулярных систем различных производителей, техника непосредственного введения винтов открытым способом сходна. В намеченной точке введения  в кортикальном слое выполняется отверстие, далее инструментом создается штифт-канал в губчатой кости, стенки которого оцениваются пуговчатым зондом. По сформированному штифт-каналу вводится винт. При этом, винт не должен выходить за границы кортикального костного слоя, что гарантирует сохранность расположенных рядом нервных и сосудистых образований. Ключевыми моментами для правильного расположения винта внутри позвонка является выбор точек введения и углов отклонения траектории введения винта в аксиальной и сагитальной плоскостях.

Первые известные способы установки транспедикулярных винтов подразумевали определение “типичных” точек введения по анатомическим ориентирам. Методик определения таких точек предложено множество. Наиболее ранее описание представил R. Roy-Camille, указывая ее как, расположенную по линии латерального края дугоотростчатого сустава, каудальнее его нижнего края на 1 мм. Weinstein предложил также использовать в качестве ориентира в поясничном отделе позвоночника добавочный отросток (processus accessorius). Наибольшую популярность приобрела более латерально расположенная точка вкола  по F.P. Magerl, расположенная по линии середины поперечного отростка на уровне латерального края верхнего суставного отростка соответствующего позвонка. Углы отклонения в сагитальной и аксиальной плоскостях определялись для каждого позвонка по специальным таблицам (Zindrick, M.R. et al., 1987). Однако значительная вариабельность анатомии, особенно при патологических состояниях, приводит к возникновению ошибок. Так в приведенном примере (Рис.1 и Рис.2) показан L4 позвонок у двух пациентов. В первом случае (Рис.1), точка вкола и углы отклонения соответствуют “типичным”, а во втором случае (Рис.2) требуется либо значительное увеличение угла схождения в аксиальной плоскости (Рис.2 С), либо изменение точек введения винтов (Рис.2 D).

Для увеличения точности установки винтов используется интраоперационная рентгеноскопия. Точки введения винтов и их установка контролируется последовательным выполнением рентгеновских снимков в прямой и боковой проекциях. При этом расположение винтов в сагиттальной плоскости контролируется напрямую на боковом снимке, а в аксиальной проекции опосредованно. Для этого делается несколько снимков в прямой и боковой проекции, по мере прохождения инструментом ножки позвонка, что увеличивает лучевую нагрузку на пациента и операционную бригаду. Кроме того многократные повороты рентгеновской установки вокруг пациента значительно повышают риск нарушения стерильности, и соответственно, риск инфекционных осложнений. Также обязательным условием является наличие рентгенпрозрачного операционного стола для выполнения снимка в прямой проекции.

Современные рентгеновские системы, такие как O-arm или интраоперационная компьютерная томография, позволяют получать изображения непосредственно в аксиальной проекции. Так же разработаны и применяются навигационные системы, позволяющие значительно повысить точность установки винтов. Существенным недостатком указанных методик является высокая цена, что ограничивает их широкое применение.

По этой причине продолжают публиковаться альтернативные способы и методики определения точек введения винтов и углов отклонения в аксиальной плоскости.

Техническим результатом предлагаемого способа установки винтов для транспедикулярной стабилизации позвоночника является точное введение по запланированной траектории, отсутствие необходимости применения в операционной дополнительных устройств и дорогостоящих систем навигации, возможность выполнять интраоперационный рентген-контроль только в боковой проекции, что уменьшает лучевую нагрузку на персонал и не требует наличие рентгенпрозрачного операционного стола.

Указанный технический результат достигается тем, что на основе проведенной компьютерной томографии создается карта разметки, путем создания мультипланарной реконструкции в плоскости введения винтов и на ее основе формируется изображение, на котором отмечаются траектории введения винтов, расстояние между точками 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.

Описание способа

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Пациенту выполняют компьютерную томография предполагаемой области операции с толщиной среза 1мм. Результат записывают в формате DICOM (основной формат передачи медицинских изображений). Для создания карты разметки используют программы для просмотра формата DICOM с возможностью строить мультипланарные реконструкции и проводить измерения. К таким программам относятся  – “Inobitec DICOM Viewer”, “E-Film”, “Onis”, “RadiAnt” и другие.

Мультипланарную реконструкцию выполняют в плоскости предполагаемого введения винтов, которая проходит через середину (или наиболее широкую часть) ножек дуги в тело позвонка (Рис.4 А и В).

Далее средствами программы проводят линии траектории введения винтов и отмечают длины винтов (отрезки ас и bd), расстояние между точками введения винтов (cd), расстояние от вершины остистого отростка до точки на траектории на этом уровне (ef и gf). Формируют изображения в сагиттальной и фронтальной проекциях, с отображением на них плоскости введения винтов, при этом в сагиттальной плоскости формируют проекции по средней линии и через обе ножки позвонка. Так же формируют изображения параллельно плоскости установки выше и ниже с интервалом 2 мм (Рис.5) и через точки введения винтов проводят линии-маркеры (проекция точек введения на анатомические ориентиры). Полученные изображения распечатывают (при отсутствии в программе функции выгрузки изображений, делают снимок экрана [PrintScreen], полученные изображения могут быть отредактированы и объединены в единую карту в любом графическом редакторе). Полностью сформированная карта разметки для одного уровня показан на Рис.6

Во время операции при положение больного на животе, осуществляют типичный задний доступ продольным разрезом по линии остистых отростков. После рассечения подкожной клетчатки, собственной фасции, скелетируют остистые отростки, дугоотросчатые суставы и дуги позвонков. Независимо от патологии, первым этапом осуществляется установка винтов (на неизмененной анатомии). На основании карты разметки определяют точки введения винтов (по взаимоотношению 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 усыновленной 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 (Рис.7). После оценки стенок канала щупом, вкручивается винт. При установке винта так же контролируются углы в аксиальной плоскости по расстоянию до вершины остистого отростка (надостистой связке) и в сагиттальной плоскости по установленной дополнительной спице.

Заключение

Всего с использованием указанной техники с 2010 г. выполнено более 250 операций. Правильность установки винтов контролировалась на послеоперационном КТ. При этом точность оценивалась по шкале основанной на измерении фрагмента винта, выходящего за пределы кортикального слоя, разбитого на интервалы по 2 мм (Gertzbein SD, 1990). Общая точность составила более 97%, что по данным литературы (Aoude АА et al., 2015) соответствует точности, достигаемой при использовании навигационных систем. В 2017 году на указанную методику году получен патент № RU 2620355.

Использование предлагаемого способа позволяет добиться высокой точности установки (сравнимой с навигационной техникой), не требует дорогостоящего или редкого оборудования, позволяет выполнять рентгенографию только в боковой проекции, что сокращает лучевую нагрузку на пациента и персонал и позволяет проводить операции на обычном (не рентгенпрозрачном) столе.