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研究背景:脊柱侧弯(Scoliosis)是一种严重危害身心健康的重要脊柱疾患,主要引起脊柱形态学改变从而影响患者外观及生活质量。此外,由于脊柱生物力学改变,患者亦可出现疼痛,姿势性活动障碍,严重者甚至由于脊柱侧弯导致的局部物理环境变化引起呼吸、循环功能障碍,危及生命。脊柱侧弯根据病因分为特发性、先天性、神经肌肉型、综合征型。其中特发性约为80%,其机制尚未明确。一般认为,特发性脊柱侧弯患者Cobb角在10-20°可密切随访,无需处理;Cobb角在20-40°应行以支具治疗为主的非手术治疗;Cobb角介于40-50°需综合考虑就诊年龄、发育潜能、进展速度、躯干平衡、外观诉求、未来趋势等因素以决定是否手术;对于Cobb角50°以上患者,应行手术矫形。后路矫形手术是最常采用的手术方式,但脊柱解剖结构复杂,周围毗邻重要脏器,其难度大,风险高,如何降低手术风险以及手术难度为目前热点研究问题。侧弯手术基本原理为通过植入椎弓根螺钉配合使用相应的钉棒系统实现对脊柱的矫形,从而达到重建整体力学环境的目的。椎弓根螺钉植入过程为手术核心步骤,但该步骤风险大。因此,针对该步骤中操作的改良及优化为亟待解决的重要科学问题。传统的侧弯矫形术徒手螺钉植入过程常需要有丰富经验的脊柱外科医生完成,而椎弓根深埋在组织层中,无法用肉眼直视,只能通过反复阅读患者术前影像学资料进行螺钉位置及角度的预判。为提高置钉准确性降低手术翻修率,脊柱外科辅助导航技术不断发展及推广,如O-arm CT导航(O-arm computed tomography navigation,OCTN)系统、机器人辅助导航(Robot-assisted navigation,RAN)、便携式电生理探测器(Portable electrophysiological detector,PED)、术中神经电生理监测(Intraoperative neurophysiological monitoring,IONM)以及正在研究的超声导航等。其精准性、安全性及社会经济效益等有待于进一步研究。研究目的:1.通过图像获取沟通系统(Picture archiving and communication systems,PACS)测量我国青少年特发性脊柱侧凸(Adolescent idiopathic scoliosis,AIS)患者胸椎解剖学数据,明确胸椎解剖学置钉难度节段;2.分析O-arm导航、电生理探测器以及传统置钉方式在AIS患者手术应用的相关参数,特别是在胸椎难度节段置钉的临床应用效果对比,结合精准性、安全性、术者体验及社会经济效益等辅助脊柱外科医生对手术方法学的选择。研究方法:本课题第一部分回顾性分析2017年7月至2019年9月我科收治的101例AIS患者,其中男性12例,女性89例,年龄10-18岁,平均年龄14.55±1.88岁,首先测量所有患者胸椎解剖学数据:椎弓根宽度(Pedicle width,PDW)、椎弓根钉道长度(The length of pedicle screw path,LPSP)及椎管冠状面直径(The coronal diameter of spinal-canal,CDS),明确哪些手术节段为胸椎解剖学置钉难度节段。第二部分收集以及评估患者的一般情况,确保基线匹配的前提条件下,选择经过传统徒手(Free hand,FH)(33例)、O型臂导航系统(O-arm computed tomography navigation,OCTN)(34例)以及便携式电生理探测器(Portable electrophysiological detector,PED)(34例)置钉辅助后路矫形内固定手术。收集患者术前一般情况(年龄、性别、Risser征);收集术前、术后一周及末次随访脊柱影像学参数包括上胸弯(Proximal thoracic,PT)Cobb角、主胸弯(Main thoracic,MT)Cobb角、胸腰弯/腰弯(Thoracolumbar/Lumbar,TL/L)Cobb角,冠状面失平衡(Coronal imbalance,CI),顶椎偏距(Apical vertebral translation,AVT),胸椎后凸角(Thoracic kyphosis,TK),胸腰段后凸角(Thoracolumbar kyphosis,TLK),腰椎前凸角(Lumbar lordosis,LL),矢状面失平衡(Sagittal imbalance,SI),计算术后主弯矫正率,评估不同术中辅助导航方式对于矫形效果的差异;收集不同辅助导航方式术前及末次随访生存质量评价(Health Related Quality of Life,HRQo L):脊柱侧凸研究协会22项量表(Scoliosis research society-22,SRS-22)包括疼痛、心理状况、自我形象、功能、治疗满意度五个维度评分及总分,用于评估不同术中辅助导航方式对于患者术后生存质量影响的差异;收集手术相关指标(手术总时间、出血量、固定节段、单枚螺钉置钉时间,置钉总数量,难度节段置钉数量,难度节段置钉精确度分级),用于评估不同术中辅助导航方式的置钉精准度及手术学差异。此外,本研究还收集主刀医师术后即刻填写的焦虑状态问卷(State anxiety inventory,SAI)和正性负性情绪量表(Positive and negative affect scale,PANAS)评分分值,用于评测不同辅助导航方式对主刀医师心理学相关指标的影响。研究结果:第一部分,AIS胸椎解剖学测量提示:椎弓根宽度(PDW)在T1、2较为接近,T1-5逐渐减小,T5最小,平均为3.43±0.41mm,T5-8逐渐增大,T8-9略下降,T9-12逐渐增加,T11、12较为接近,T12最大,平均为7.1±0.8mm。此外,AIS患者中PDW在T4-8凹侧明显小于凸侧(P<0.001),T7最为明显,差值为为1.01mm;椎弓根钉道长度(LPSP)在T1-12逐渐增加,其中T1最小,平均为30.34±1.57mm,T12最大,平均为42.03±1.9mm。LPSP同样存在凹、凸侧分布差异,在T2-5、7、9存在明显差异(P<0.001),其中T9凹)比凸侧长1.01mm;椎管冠状面直径(CDS)在T1-4逐渐减小,T4最小,平均为16.85±0.89mm,其次为T5,平均为17.33±0.95mm,T5-12逐渐增大,T12最大,平均为22.1±1.57mm。综上T3-T9椎弓根宽度相对较窄、部分节段椎管冠状面直径相对较小、椎弓根钉道长度不对称,加之主胸弯顶椎分布最密集、术中矫形去旋转过程发生螺钉切割概率较大,故定义为AIS胸椎椎弓根置钉难度节段。第二部分,三组之间在年龄、性别、Risser征、Lenke分型等基线无明显差异(P>0.05)。手术常规指标方面,三组在手术时间存在明显差异(P<0.05),其中,FH组手术时间最长,平均为249.55±50.1min,OCTN组最短,平均为198.00±41.63min,PED组处于中间,平均为213.24±36.18min;术中透视次数三组总体存在统计学差异(P<0.001),组间分析发现,FH组与OCTN组之间、PED组之间均存在明显差异(P均<0.001),OCTN组与PED组无明显差异(P>0.05)。FH组透视次数最多,其中位数,四分位数为5.00(5.00,6.00),OCTN与PED组透视次数中位数,四分位数较为接近,均为2.00(2.00,2.00);手术出血量、脊柱固定节段、术后神经并发症总体并未发现明显差异(P>0.05)。置钉方面指标,在难度节段(T3-9)每枚椎弓根置钉时间均有明显差异(P<0.05)。进一步组间分析发现,OCTN组及PED组在难度节段(T3-9)每个椎弓根置钉时间均短于FH组。此外,OCTN组与PED组在T4-7、9凸侧置钉时间无明显差异(P>0.05),而在所有凹侧椎弓根置钉时间OCTN组与PED组存在明显差异(P<0.05),OCTN组均短于PED组。三组在单人置钉枚数、单人难度节段(T3-9)置钉枚数无明显差异(P>0.05)。FH组置钉总数554枚,难度节段(T3-9)置钉总数291枚,难度节段不理想数(2-3级钉)48枚,难度节段不理想率为16.5%;OCTN组置钉总数594枚,难度节段(T3-9)置钉总数321枚,难度节段不理想数(2-3级钉)10枚,难度节段不理想率为3.2%;PED组置钉总数600枚,难度节段(T3-9)置钉总数312枚,难度节段不理想数(2-3级钉)18枚,难度节段不理想率为8.3%,组间分析发现FH组与OCTN组、PED组之间的置钉不理想率差异有统计学意义(P<0.05),OCTN组与PED组之间的置钉不理想率差异有统计学意义(P<0.05),其中OCTN组最低,PED组次之,FH组最高。脊柱影像学参数方面,三组在术前、术后即刻、末次随访均无明显差异(P>0.05)。生存质量评价方面,患者术前各组间疼痛、功能状况、自我形象、心理状况各维度及SRS-22亚总分无明显差异(P>0.05)。术后末次随访各组间疼痛、功能状况、自我形象、心理状况、治疗满意度及SRS-22总分无明显差异(P>0.05)。但每组在术后末次随访与术前疼痛、功能状况、自我形象、心理状况各维度及SRS-22亚总分的差值均有明显差异,均比术前改善(P<0.05)。第三部分,主刀医师术后在三组PANAS正性情绪和负性情绪评分均无统计学差异(P>0.05)。但在SAI评分三组总体存在明显统计学差异(P<0.05)。进一步组间分析发现,FH组比其他两组焦虑评分都高,其中位数、四分位数为40(39.00,43.00)。OCTN组与PED组无统计学差异(P>0.05),其中位数、四分位数分别为34(33.00,36.00)、35(33.00,36.00)。研究结论:AIS手术治疗中的置钉一直为学界难点问题,本研究首先通过解剖学测量得出T3-T9为胸椎置钉难度节段,基于此发现术中O臂导航技术和电生理探测器均可降低难度节段置钉不理想率及缩短置钉时间,而这种优势在O型臂导航技术更为明显。同时,不同辅助置钉方法在患者术前术后脊柱影像学参数、生存质量评分均无明显差异,但三组患者在这两方面都得到明显改善。此外,O型臂导航技术和电生理探测器对术者的心理学也存在着正向影响,与徒手置钉相比,可显著降低术者焦虑评分。综上,术中导航O臂技术及电生理探测器技术均可作为脊柱侧弯后路矫形手术中较好的辅助置钉手段。