三维影像及导航技术辅助脊柱微创手术
（一）概述
纵观骨科学的发展历史，现代骨科学领域的进步都与科学技术的进步密切相关，并且受到科学技术发展水平的限制。在不同的时代，外科医师都希望通过精确、微创的方法，最大限度地解决患者的病痛，同时最大限度地保留患者的生理功能。但是这一愿望要受到同时代科学技术发展水平的限制。最初的骨外科手术是以截肢等毁损性手术为主，随着19世纪无菌技术和麻醉技术的进步，20世纪X线和抗生素的发现和应用、输血技术的发展，生物医学工程和材料学的进步，使骨科技术逐渐发展到以矫正畸形，切除病灶同时保留肢体功能为主，如各种关节置换技术和内固定技术等。现在，如何才能最大限度地减少手术的创伤，仍然是外科医师追求的目标。
脊柱外科也是如此。随着人口老龄化和现代化交通的发展，脊柱疾患已经成为影响人们生活的常见病和多发病。很多脊柱疾病包括脊柱退行性病变、脊柱不稳定、脊柱骨折脱位、脊柱畸形和脊柱肿瘤等需要手术治疗。传统的脊柱外科手术切口长，肌肉剥离广泛，出血多，且因为脊柱三维解剖结构复杂，毗邻重要的神经、血管组织，手术风险性大，并发症多，临床应用受到限制。如何最大限度地使脊柱手术微创化，减少手术的创伤和风险，一直是脊柱外科的热点研究领域之一。
微创手术是脊柱外科治疗的发展方向，目前临床应用的脊柱外科微创手术主要包括椎间盘镜下手术、经皮椎弓根螺钉内固定、经皮椎体成形术及各种套筒操作技术。但是，大多数的微创手术只是手术切口的减小，因为术野显示不清，反而增大了术中神经、血管等重要结构损伤的风险。而且此类手术术中需要反复透视确认，增加了医务人员和患者放射损伤的风险，并不是真正意义上的“微创”。
计算机断层影像、核磁共振影像以及计算机三维影像重建技术等现代影像技术已经基本可以实现脊柱外科疾病的术前精确定位诊断，但是在脊柱外科手术中，能够应用的影像技术仍然以术中X线透视和平片为主，仅能提供解剖结构的二维信息，不仅术中放射线量过多可以造成放射性损伤，而且可能误导术者。如何才能实现术中即时的三维立体解剖结构重现呢？随着立体定位技术和影像融合技术的发展，术中即时三维导航辅助脊柱外科技术应运而生。
目前在脊柱外科应用较成熟术中即时三维导航技术，术中三维导航影像数据由电动C型臂在术中即时影像三维重建获取。根据设定，C型臂自动连续旋转190°，采集100幅数字点片图像并自动重建三维图像。将图像传输至导航系统，系统同时进行自动注册。图像传输完毕即可使用，无须人工进行点照合和面照合。然后在术中即时三维重建图像引导下进行手术操作。因此利用术中即时三维导航技术，不需要切开显露，即可以准确显示脊柱结构精确三维结构，解决了传统微创手术术野显示不清，术中神经血管等重要结构损伤风险大问题，使微创手术安全性和精确性大大提高，实现真正意义上“微创”，具有很强临床实用性和良好发展前景。
（二）常用术中即时三维导航辅助脊柱微创手术
1.导航辅助微创寰枢椎内固定术
寰枢椎经关节突关节螺钉内固定（Magerl术）是治疗寰枢椎半脱位的主要手术方式，传统的手术方法需要充分剥离颈椎后方的肌肉组织以充分显露，可以导致术后轴性疼痛等并发症，而且手术操作比较困难，螺钉的入点和角度需要反复透视确认，手术风险大。在导航辅助下使用微创套筒技术进行该手术，术中即时三维重建寰枢椎骨性解剖结构，在导航系统的实时引导下，经皮确认螺钉的入点和角度，通过微切口植入可扩张套筒，通过套筒完成螺钉植入，从而避免肌肉组织的剥离，减少手术并发症。
2.导航辅助微创椎弓根螺钉内固定术
目前临床较常用的经皮椎弓根内固定系统是Sextant系统。使用经皮固定夹钳将导航示踪器固定于伤椎邻近节段棘突，术中即时采集三维影像，在导航系统实时引导下植入椎弓根螺钉。虽然较传统的Sextant技术增加了一条长1～2cm的切口，但是螺钉植入精确性大大增加，同时避免了反复透视，减少了手术时间。
3.导航辅助微创腰椎后路椎弓根螺钉及椎间融合器内固定术
传统的腰椎后路内固定手术需要充分切开显露脊柱后方结构。将术中即时三维导航技术与各种套筒系统（如X－Tube、Caspar拉钩、Pipeline等）相结合，可以实时精确引导微创套筒下各种操作，安全准确植入椎弓根螺钉及椎间融合器等各种内置物，并可以确定减压部位。
4.导航辅助椎间盘镜下腰椎间盘切除手术
椎间盘镜下腰椎间盘切除技术已在临床应用多年，该技术实现了脊柱手术的微切口，但是因为术中二维平面图像下解剖结构显示不良，椎间盘突出的位置判断困难，所以镜下操作困难，术中发生神经损伤的风险仍然较大。术中即时三维导航系统应用于椎间盘镜下手术，可以精确判断镜下结构及椎间盘突出的位置，镜下操作简便准确，手术并发症减少。
5.导航辅助椎体成形术
传统手术方法多为二维透视引导，术中X线暴露时间长。虽然手术操作简单，但是如果患者骨质疏松严重、过于肥胖或存在椎体畸形，透视影像不能满足精确椎弓根穿刺的要求，手术仍然存在一定风险。术中即时三维导航引导下进行椎弓根穿刺，可以实现个体化设计，精确设计穿刺针植入的位置、深度和角度，从而保证骨水泥植入的最佳位置，最大限度地减少手术并发症。
（三）导航辅助脊柱微创技术的发展与展望
计算机导航系统作为脊柱外科智能手术的起点，是外科手术的一个新纪元，开辟了脊柱外科术中即时三维精确定位的新时代，是一项具有良好应用前景的新技术。术中即时三维导航技术与脊柱微创技术相结合，弥补了原有脊柱外科手术的缺陷，并且使很多高难度的复杂脊柱外科手术实现了微创，扩大了微创技术的应用范围，使微创手术的安全性和精确性大大提高，实现了真正意义上的“微创”，预示着脊柱外科微创手术的智能化发展方向。