Сравнительный анализ результатов имплантации транспедикулярных винтов в грудном отделе позвоночника с иcпользованием индивидуальных навигационных матриц и методики free hand

Актуальность. Транспедикулярная фиксация позвоночника является «золотым» стандартом задней стабилизации позвоночника при различных патологических процессах. Самой распространенной техникой имплантации является метод «свободной руки» (free hand), однако на сегодняшний день все большую популярность приобретает метод имплантации с помощью индивидуальных навигационных матриц, изготовленных на 3D-принтере. Цель исследования — сравнить результаты имплантации винтов в грудном отделе позвоночника с иcпользованием 3D-навигационных матриц различного дизайна по сравнению с методикой free hand. Материал и методы. Проанализирована безопасность имплантации транспедикулярных винтов в грудном отделе позвоночника по методике free hand (группа 1, 23 пациента, 112 винтов) и с помощью индивидуальных навигационных матриц различного дизайна, созданных по технологии 3D-печати по данным предоперационной КТ (группы 2 и 3). Во второй группе (11 пациентов, 42 винта) установка осуществлялась с помощью билатеральных одноуровневых матриц, в третьей (13 пациентов, 54 винта) — с помощью билатеральных одноуровневых матриц с опорой на остистый отросток. Безопасность имплантации оценивалась и сравнивалась во всех группах по следующим критериям. В группе 2 и 3 также оценивалась точность имплантации по показателям разницы фактической и планируемой траектории винта. Результаты. В группе 1 степень безопасности 0 зарегистрирована в 67%, степень 1 18,8%, степень 2 — 9,8%, степень 3 — 4,5%. В группе 2 степень безопасности 0 зарегистрирована в 85,71%, в группе 1 — в 14,29%, в третьей — степень безопасности 0 в 90,74%, 1 — в 9,26%. Случаев перфорации кости более чем на половину диаметра винта в группах 2 и 3 не было. Различия в степени безопасности статистически значимы между методом free hand (группа 1) и навигационными матрицами (группа 2 и 3). Анализ девиации не показал значимых различий в группах с использованием навигационных матриц. Заключение. Применение индивидуальных навигационных матриц для имплантации транспеликулярных винтов в грудном отделе позвоночника является более безопасным методом по сравнению с методом free hand. Показатели точности и безопасности имплантации не отличаются при использовании билатеральных матриц и матриц с опорой на остистый отросток.

3D-печать, навигация, транспедикулярная фиксация, матрица навигационный шаблон

1. Parker S.L., McGirt M.J., Farber S.H., Amin A.G., Rick A.M., Suk I., Witham T.F. Accuracy of free-hand pedicle screws in the thoracic and lumbar spine: analysis of 6816 consecutive screws. Neurosurgery. 2011;68(1): 170-178. doi: 10.1227/NEU.0b013e3181fdfaf4.

2. Di Silvestre M., Parisini P., Lolli F., Bakaloudis G. Complications of thoracic pedicle screws in scoliosis treatment. Spine (Phila Pa 1976). 2007;32(15):16551661. doi: 10.1097/BRS.0b013e318074d604.

3. Hicks J.M., Singla A., Shen F.H., Arlet V. Complications of pedicle screw fixation in scoliosis surgery: a systematic review. Spine (Phila Pa 1976). 2010;35(11):E465-E470. doi: 10.1097/BRS.0b013e3181d1021a.

4. Modi H.N., Suh S.W., Fernandez H., yang J.H., Song H.R. Accuracy and safety of pedicle screw placement in neuromuscular scoliosis with freehand technique. Eur Spine J. 2008;17(12):1686-1696. doi: 10.1007/s00586-008-0795-6.

5. Губин А.В., Рябых С.О., Бурцев А.В. Ретроспективный анализ мальпозиции винтов после инструментальной коррекции деформаций грудного и поясничного отделов позвоночника. Хирургия позвоночника. 2015;12(1):8-13. doi: 10.14531/ss2015.1.8-13.

6. Karapinar L., Erel N., Ozturk H., Altay T., Kaya A. Pedicle screw placement with a free hand technique in thoracolumbar spine: is it safe? J Spinal Disord Tech. 2008;21(1):63-67. doi: 10.1097/BSD.0b013e3181453dc6.

7. Kim y.J., Lenke L.G., Bridwell K.H., Cho y.S., Riew K.D. Free hand pedicle screw placement in the thoracic spine: is it safe? Spine (Phila Pa 1976). 2004;29(3):333-342. doi: 10.1097/01.brs.0000109983.12113.9b.

8. Fichtner J., Hofmann N., Rienmüller А., Buchmann N., Gempt J., Kirschke J.S. et al. Revision Rate of Misplaced Pedicle Screws of the Thoracolumbar Spine-Comparison of Three-Dimensional Fluoroscopy Navigation With Freehand Placement: A Systematic Analysis and Review of the Literature. World Neurosurg. 2018;109:e24-e32. doi: 10.1016/j.wneu.2017.09.091.

9. Kotani T., Akazawa T., Sakuma T., Koyama K., Nemoto T., Nawata K. et al. Accuracy of Pedicle Screw Placement in Scoliosis Surgery: A Comparison between Conventional Computed Tomography-Based and O-Arm-Based Navigation Techniques. Asian Spine J. 2014;8(3):331-338. doi: 10.4184/asj.2014.8.3.331.

10. Perdomo-Pantoja A., Ishida W., Zygourakis C., Holmes C., Iyer R.R., Cottrill E. et al. Accuracy of Current Techniques for Placement of Pedicle Screws in the Spine: A Comprehensive Systematic Review and Meta-Analysis of 51,161 Screws. World Neurosurg. 2019;126:664-678.e3. doi: 10.1016/j.wneu.2019.02.217.

11. Shree Kumar D., Ampar N., Wee Lim L. Accuracy and reliability of spinal navigation: An analysis of over 1000 pedicle screws. J Orthop. 2019;18:197-203. doi: 10.1016/j.jor.2019.10.002.

12. Feng W., Wang W., Chen S., Wu K., Wang H. O-arm navigation versus C-arm guidance for pedicle screw placement in spine surgery: a systematic review and meta-analysis. Int Orthop. 2020;44(5):919-926. doi: 10.1007/s00264-019-04470-3.

13. Gelalis I.D., Paschos N.K., Pakos E.E., Politis A.N., Arnaoutoglou C.M., Karageorgos A.C. et al. Accuracy of pedicle screw placement: a systematic review of prospective in vivo studies comparing free hand, fluoroscopy guidance and navigation techniques. Eur Spine J. 2012;21(2):247-55. doi: 10.1007/s00586-011-2011-3.

14. Ling J.M., Dinesh S.K., Pang B.C., Chen M.W., Lim H.L., Louange D.T. et al. Routine spinal navigation for thoraco–lumbar pedicle screw insertion using the O-arm three-dimensional imaging system improves placement accuracy. J Clin Neurosci. 2014;21(3):493-498. doi: 10.1016/j.jocn.2013.02.034.

15. Shin B.J., James A.R., Njoku I.U., Härtl R. Pedicle screw navigation: a systematic review and meta-analysis of perforation risk for computer-navigated versus freehand insertion. J Neurosurg Spine. 2012;17(2):113-122. doi: 10.3171/2012.5.SPINE11399.

16. Tian N.F., Huang Q.S., Zhou P., Zhou y., Wu R.K., Lou y., xu H.Z. Pedicle screw insertion accuracy with different assisted methods: a systematic review and meta-analysis of comparative studies. Eur Spine J. 2011;20(6):846-859. doi: 10.1007/s00586-010-1577-5.

17. Косулин А.В., Елякин Д.В., Лебедева К.Д., Сухомлинова А.Е., Козлова Е.А. Применение навигационного шаблона для прохождения ножки позвонка при транспедикулярной фиксации. Педиатр. 2019;10(3);45-50. doi: 10.17816/PED10345-50.

18. Pan y., Lü G.H., Kuang L., Wang B. Accuracy of thoracic pedicle screw placement in adolescent patients with severe spinal deformities: a retrospective study comparing drill guide template with freehand technique. Eur Spine J. 2018;27(2):319-326. doi: 10.1007/s00586-017-5410-2.

19. Ferrari V., Parchi P., Condino S., Carbone M., Baluganti A., Ferrari M. et al. An optimal design for patient-specific templates for pedicle spine screws placement. Int J Med Robot. 2013;9(3):298-304. doi: 10.1002/rcs.1439.

20. Kaneyama S., Sugawara T., Sumi M. Safe and accurate midcervical pedicle screw insertion procedure with the patient-specific screw guide template system. Spine (Phila Pa 1976). 2015;40(6):E341-E348. doi: 10.1097/BRS.0000000000000772.

21. Abul-Kasim K., Strömbeck A., Ohlin A., Maly P., Sundgren P.C. Reliability of Low-Radiation Dose CT in the Assessment of Screw Placement After Posterior Scoliosis Surgery, Evaluated With a New Grading System. Spine. 2009;34(9):941-948. doi: 10.1097/brs.0b013e31819b22a4.

22. Ma T., xu y.Q., Cheng y.B., Jiang M.y., xu x.M., xie L., Lu S. A novel computer-assisted drill guide template for thoracic pedicle screw placement: a cadaveric study. Arch Orthop Trauma Surg. 2012;132(1):65-72. doi: 10.1007/s00402-011-1383-5.

23. Kim S.B., Rhee J.M., Lee G.S., Lee H.y., Kim T., Won y. Computer-assisted Patient-specific Prototype Template for Thoracolumbar Cortical Bone Trajectory Screw Placement: A Cadaveric Study. Send to Tech Orthop. 2018;33(4):246-250. doi: 10.1097/BTO.0000000000000285.

24. Kim S.B., Won y., yoo H.J. Unilateral Spinous Process Noncovering Hook Type Patient-specific Drill Template for Thoracic Pedicle Screw Fixation: A Pilot Clinical Trial and Template Classification. Spine (Phila Pa 1976). 2017;42(18):E1050-E1057. doi: 10.1097/BRS.0000000000002067.

25. Lu S., Zhang y.Z., Wang Z., Shi J.H., Chen y.B., xu x.M., xu y.Q. Accuracy and efficacy of thoracic pedicle screws in scoliosis with patient-specific drill template. Med Biol Eng Comput. 2012;50(7):751-758. doi: 10.1007/s11517-012-0900-1.

26. Azimifar F., Hassani K., Saveh A.H., Ghomsheh F.T. A medium invasiveness multi-level patient’s specific template for pedicle screw placement in the scoliosis surgery. Biomed Eng Online. 2017;16(1):130. doi: 10.1186/s12938-017-0421-0.

27. Takemoto M., Fujibayashi S., Ota E., Otsuki B., Kimura H., Sakamoto T. et al. Additive-manufactured patient-specific titanium templates for thoracic pedicle screw placement: novel design with reduced contact area. Eur Spine J. 2016;25(6):1698-1705. doi: 10.1007/s00586-015-3908-z.

28. Putzier M., Strube P., Cecchinato R., Lamartina C., Hoff E.K. A New Navigational Tool for Pedicle Screw Placement in Patients With Severe Scoliosis: A Pilot Study to Prove Feasibility, Accuracy, and Identify Operative Challenges. Clin Spine Surg. 2017;30(4):E430-E439. doi: 10.1097/BSD.0000000000000220.

29. Cecchinato R., Berjano P., Zerbi A., Damilano M., Redaelli A., Lamartina C. Pedicle screw insertion with patient-specific 3D-printed guides based on low-dose CT scan is more accurate than free-hand technique in spine deformity patients: a prospective, randomized clinical trial. Eur Spine J. 2019;28(7):1712-1723. doi: 10.1007/s00586-019-05978-3.

30. Wu C., Tan L., Lin x., Hu H. [Clinical application of individualized reference model of sagittal curves and navigation templates of pedicle screw by three-dimensional printing technique for thoracolumbar fracture with dislocation]. Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi. 2015;29(11):1381-1388. (In Chinese).

31. Shah K., Gadiya A., Shah M., Vyas D., Patel P., Bhojraj S., Nene A. Does Three-Dimensional Printed Patient-Specific Templates Add Benefit in Revision Surgeries for Complex Pediatric Kyphoscoliosis Deformity with Sublaminar Wires in Situ? A Clinical Study. Asian Spine J. 2020 Mar 30. doi: 10.31616/asj.2019.0021.

32. Косулин А.В., Елякин Д.В., Корниевский Л.А., Дарковская А.М., Булатова И.А., Пашко А.А. Применение трехуровневого навигационного шаблона при грудных полупозвонках у детей старшего возраста. Хирургия позвоночника. 2020;17(1):54-60. doi: 10.14531/ss2020.1.54-60.

33. Коваленко Р.А., Кашин В.А., Черебилло В.Ю., Шарифов Р.М., Мирончук Р.Р., Акопов А.Л., Иванов В.А. Определение оптимального дизайна навигационных матриц для транспедикулярной имплантации в шейном и грудном отделах позвоночника: результаты кадавер-исследования. Хирургия позвоночника. 2019;16(4):77-83. doi: 10.14531/ss2019.4.77-83.