Получение рентгеновских изображений для интраоперационной навигации и контроля в настоящее время широко используется в хирургии позвоночника [1]. Преимуществами рентгеновского способа навигации является его доступность, привычность и удобство использования [2]. Современная аппаратура позволяет удовлетворительно визуализировать анатомические ориентиры грудного и поясничного отделов позвоночника, используемые при имплантации стабилизирующих транспедикулярных конструкций. В то же время использование рентгеновских изображений для интраоперационного контроля имеет ограничения, обусловленные сложностью анатомии и экранированием соседними анатомическими зонами, что особенно актуально для нижнешейного и верхнегрудного отделов позвоночника [3-5]. Значительные затруднения могут возникнуть в оценке объемных характеристик позвонков на плоских рентгеновских изображениях, особенно у начинающих хирургов, и при наличии деформаций позвоночника [5]. Для улучшения результатов хирургического лечения заболеваний позвоночника в настоящее время предложены и широко используются методы интраоперационной компьютерной навигации [1; 2; 6-8]. Однако, несмотря на высокую точность имплантации в условиях измененной и сложной анатомии, этим способам присущи недостатки, обусловленные длительностью и трудоемкостью предоперационного планирования, возможными ошибками совмещения с индивидуальной анатомией пациента, зависимость от сложной и дорогостоящей аппаратуры [9-12].
Ранее для чрескожной чреспеченочной холангиографии был апробирован метод стереорентгеновской визуализации и навигации [13]. Данный метод позволяет получить объемное рентгеновское изображение на стандартной рентено-телевизионной установке следующим образом. Регистрируется первое рентгеновское изображение (базовый снимок) объекта исследования, второй снимок выполняется при незначительном смещении рентгеновского излучателя (повороте дуги аркоскопа на 4-5 градусов). Программным путем рентгеновские изображения обрабатываются и отображаются на специальном стереомониторе, стереоочках-дисплеях или, в простейшем случае, в виде двух анаглифных изображений (красного и синего цвета), наблюдаемых через анаглифные очки [14; 15]. Процедура автоматической регистрации и визуализации стереорентгеновского изображения занимает не более 0,5 сек.
В данной статье представлены предварительные результаты клинической апробации метода стереорентгеновской интраоперационной навигации для хирургии позвоночника.
Цели и задачи. Целью данного исследования являлась оценка возможности клинического использования стереорентгеновской интраоперационной навигации в хирургии позвоночника. Нами были поставлены следующие задачи:
1. Определить оптимальные условия реализации метода стереорентгеновской навигации для различных отделов позвоночника.
2. Сравнить условия визуализации основных рентгенологических ориентиров, лучевую нагрузку и длительность исследования при стандартной и стереорентгеновской навигации.
3. Оценить возможность выполнения транспедикулярной имплантации с использованием стереорентгеновской навигации.
Материалы и методы. Исследование состояло из анатомического и клинического этапов. На анатомических препаратах шейных и грудных позвонков при помощи игл смоделированы трассы транспедикулярных винтов, оценена возможность визуализации основных рентгенологических ориентиров, используемых для проведения транспедикулярных винтов. На трупном материале выполнено транспедикулярное проведение винтов в шейные, грудные и поясничные позвонки. Изучены условия визуализации медиальной и латеральной стенки педикулы, верхней и нижней замыкательных пластинок, передней поверхности тела позвонка, возможность оценки объемных пространственных соотношений анатомических ориентиров. Оценивались качество и информативность стереорентгеновских изображений, полученных при различных величинах продольного и поперечного смещения рентгеновского излучателя, а также при изменении расстояния от него до объекта исследования.
Клиническая апробация метода стереорентгеннавигации выполнена в ходе хирургического лечения 5 пациентов, оперированных по поводу дегенеративного спондилолистеза с нестабильностью поясничного отдела позвоночника. Средний возраст пациентов составил 63 года, в исследование включены 3 женщины и 2 мужчины, без грубой соматической патологии. Модель пациента выбрана с учетом относительно крупных размеров поясничных позвонков и низкой зависимости техники имплантации от навигационных систем. Всем пациентам выполнены декомпрессивно-стабилизирующие операции в объеме флавэктомии, фораминотомии, транспедикулярной фиксации и межтеловой стабилизации (TLIF). В ходе операции последовательно выполнялись стандартный рентгеновский контроль как этап получения стереоизображений, а также стереонавигация. Общий вид рабочего места хирурга при выполнении исследования продемонстрирован на рисунке 1.
а 
б 
Рис. 1. Общий вид компоновки аппаратуры и организация рабочего места хирурга при проведении исследований: а - общий вид аппаратуры в операционной; б – проведение исследования в ходе операции
Результаты исследования и их обсуждение. На основе проведенных анатомических и клинических исследований метода стереорентгеновской интраоперационной навигации можно представить следующие предварительные результаты.
С помощью предложенного авторами метода получены стереорентгеновские изображения, позволяющие удовлетворительно визуализировать ключевые анатомические ориентиры позвонков на анатомических препаратах и на трупном материале. В отличие от стандартных рентгеновских снимков, требующих выполнения прямых и боковых проекций, использование стереоэффекта позволило удовлетворительно оценить пространственные соотношения элементов позвонков по однопроекционным изображениям (рис. 2).
а 
б 
в 
г 
д 
е 
ж 
з 
и 
к 
Рис. 2. Сравнение условий визуализации ключевых анатомических образований на одноплоскостных стандартных и стереорентгеновских изображениях. Смоделированы трассы транспедикулярных винтов на анатомических препаратах шейных (а, б), грудных
(в, г, д, е) и поясничных позвонков (ж, з, и, к). Стандартные однопроекционные рентгеновские снимки показаны слева, стереорентгеновские анаглифные изображения - справа
В ходе исследования, на основе экспертных оценок хирургов, определены оптимальные условия для визуализации анатомических ориентиров при использовании стереорентгеновских изображений по сравнению со стандартными однопроекционными рентгеновскими изображениями. Экспертная оценка эффективности визуализации по критерию «да–нет» (в таблице: ±) при различных условиях (для различных разделов позвоночника) приведена в таблице.
Оценка условий визуализации анатомических ориентиров
на стандартных и стереорентгеновских изображениях
|
Анатомический ориентир |
Стандартные рентгеновские снимки |
Стереорентгеновские изображения |
||
|
Прямая проекция |
Боковая проекция |
Прямая проекция |
Боковая проекция |
|
|
Медиальная стенка ножки |
+ |
- |
+ |
+ - |
|
Нижняя стенка ножки |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
Верхняя замыкательная пластинка |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
Нижняя замыкательная пластинка |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
Задняя поверхность тела позвонка |
- |
+ - |
+ - |
+ |
|
Передняя поверхность тела позвонка |
- |
+ |
+ |
+ |
Определены рекомендуемые диапазоны расстояний от объекта исследований до рентгеновского излучателя и оптимальных смещений рентгеновского излучателя (углов поворота дуги аркоскопа), позволяющих получить качественные стереоизображения. Расстояние от рентгеновского излучателя до исследуемого объекта должно быть не менее 35-40 см. Оптимальное смещение рентгеновского излучателя при выполнении второго снимка составляет примерно 5-10 см. При этом угол поворота дуги аркоскопа относительно объекта исследования должен быть в пределах от 5 до 15 градусов. Стереоэффект нивелировался при меньших значениях расстояния до объекта и смещениях рентгеновского излучателя из-за уменьшения глубины наблюдаемого стереорентгеновского изображения. При больших величинах смещения рентгеновского излучателя зрительная система человека не позволяет объединить два изображения в одно стереоскопическое. Стереовизуализация корня дужки была возможна для шейных и поясничных позвонков при смещении рентгеновского излучателя в аксиальной плоскости, для грудных позвонков наиболее оптимально смещение рентгеновского излучателя в сагиттальной (рис. 2, 3).
Маркировка зоны исследования рентген-контрастными элементами, расположенными кпереди и кзади от объекта, позволяет облегчить восприятие глубины изображения на стереоизображениях. В качестве маркеров могут быть использованы как специально изготовленные рентген-контрастные сетки, так и ранорасширители, провода или электроды (рис. 3).
а 
б
в 
г 
Рис. 3. Маркировка зоны исследования различными элементами:
а, б - маркировка ранорасширителями; в, г - маркировка расширителями и рентген-контрастными метками (проводами)
Стандартный интраоперационный рентгеновский контроль предусматривает выполнение прямой и боковой рентгенограммы с регистрацией не менее чем двух снимков (для прямой проекции 0,8 + 1,0 мЗв, для боковой проекции =1,8 мЗв). При выполнении стереорентгеновской навигации изображение формируется из двух последовательных снимков в одной проекции (для прямой проекции 0,8 х2 =1,6 мЗв и 1,0х2 =2 мЗв для боковой проекции). Таким образом, лучевая нагрузка при стереорентгеновской навигации не отличается от таковой при получении стандартных снимков в прямой и боковой проекциях и в среднем составляет 1,8 мЗв. Использование стереорентгеновской навигации позволило оценить объемные соотношения элементов позвонка, выполнить имплантацию винтов по одному исследованию, что таким образом может сократить общую лучевую нагрузку за счет сокращения необходимого для выполнения имплантации количества рентгеновских снимков.
Длительность стандартной процедуры рентгеновского контроля складывается из времени, необходимого на выполнение двух снимков и перевода С-дуги из фронтального в боковое положение и обратно; время выполнения стандартной процедуры составило от 40 до 80 секунд. Процесс получения стереорентгеновского изображения состоит из двух последовательно выполняемых снимков и не требует значительного перемещения рентгеновской трубки. Вместе со временем компьютерной обработки изображений процедура стереорентгеновского контроля занимала от 20 до 40 секунд, т.е. примерно в два раза меньше.
Заключение. Полученные результаты показали возможность выполнения транспедикулярной имплантации с использованием стереорентгеновской навигации. Использование стереоснимков, полученных в одной проекции, позволяет удовлетворительно визуализировать все анатомические ориентиры с возможностью оценки их объемных соотношений, включая рентген-экранированные зоны нижнешейных и верхнегрудных позвонков.
В ходе исследования экспериментально определены условия применения предложенного метода для различных уровней позвоночника. При выполнении стереорентгеновской навигации целесообразно использование прямых снимков, направление смещения трубки выбирать соответственно плоскости наклона корня дужки относительно тела позвонка.
Сравнение лучевой нагрузки и длительности исследования при стандартной и стереорентгеновской навигации выявило возможность сокращения количества контрольных снимков и общего времени операции, особенно в условиях измененной и сложной анатомии.
Предложенный метод интраоперационной навигации может быть использован при выполнении стабилизирующих операций на всех отделах позвоночника. Для оценки перспектив клинического применения предложенного метода в хирургии позвоночника требуется проведение дальнейших исследований.