本文原载于《中华创伤骨科杂志》年第9期
20世纪90年代，计算机技术广泛应用于临床试验及诊疗，继而使计算机辅助骨科手术得到飞跃式发展，极大地推动了骨科手术的进步。目前常用的骨科手术导航系统有术前CT影像导航系统、术中二维透视影像导航系统、术中三维C型臂影像导航系统、无影像导航系统5类。年德国SiemeJls公司制造出了第1台移动式C型臂三维透视装置（Iso-C3D）,年三维C型臂导航正式在骨科手术得到广泛应用。目前，三维C型臂导航技术主要应用于脊柱、创伤、关节、矫形等方面，本文检索目前三维C型臂在骨科临床及实验中的应用相关文献进行综述如下：
一、三维C型臂透视导航系统的概况
目前所述的三维C型臂导航系统就是把传统二维导航系统与三维CT导航系统相结合，在术中可实时获得三维图像，首先采集需要带有定位靶点的三维影像，三维C型臂机上所拥有的定位靶是由2层铅板组成，铅板上布有规则排列的铅点阵列，这些铅点能够在C型臂机上曝光形成影像，因此，透视患者的图像能够和相应铅点的图像一起被采集到，进而定位出患者图像与铅板的空间位置关系，完成患者图像的注册。术中三维C型臂自动连续旋转°，同时采集幅二维图像并且自动重建出三维图像，不需人工进行面照合和点照合，引导内置物到达理想的部位，实现精确、微创的外科治疗[1]。
二、三维C型臂在脊柱外科中的应用
在骨外科中，脊柱外科对手术的精确度要求高，这基于脊柱拥有复杂的解剖结构，以椎弓根螺钉置入术为例，该术式要求术者精确地将直径约5mm的螺钉置入横径不足1cm的椎弓根内，且不损伤周围重要结构，三维C型臂导航系统可以使该过程可视化，术中为术者提供精确的二维及三维图像，提高了螺钉置入的准确性，缩短了手术时间，降低了术中及术后并发症的发生率[2]。有研究[3,4]表明在三维C型臂导航下颈椎或胸椎后路螺钉置入术中，螺钉正确置入率可达92.7%，在三维C型臂导航辅助椎间孔腰椎椎间盘融合术中，术者被辐射总量明显降低。
（一）胸腰椎螺钉置入应用
椎弓根螺钉在脊柱外科中应用广泛。术中三维C型臂导航系统的出现使外科医生能够在脊柱手术过程中获得实时三维图像。Fujimori等[1]报告了在三维C型臂导航下手术治疗22例脊柱侧凸患者，共置入枚螺钉，无一例需翻修。他们认为三维C型臂导航是检测螺钉误置的可靠方法，并且能降低翻修率。孙麟等[5]采用椎弓根螺钉内固定术治疗先天性脊柱侧凸，结果三维导航组的螺钉位置评分52枚为优秀，6枚为良好；常规透视组的螺钉位置评分51枚为优秀，5枚为良好，4枚为差。他们认为术中三维C型臂导航可以提高先天性脊柱侧凸椎弓根螺钉置入的准确性，能有效降低螺钉重置率，且近期疗效满意。Villard等[6]报告了在腰椎后路手术中术者累计被辐射总量。结果显示传统透视组比三维导航组的累计被辐射剂量高9.96倍，表明三维C型臂导航可明显降低手术医生被辐射的剂量。
（二）颈椎螺钉置入应用
在枢椎螺钉置入方面，Tao等[7]报告了99例患者，均在三维C型臂导航下完成枢椎后路内固定术，术后6个月螺钉位置评分为优的占98.5%，均无神经血管损伤，他们认为术中三维C型臂导航是枢椎螺钉置入的有效辅助工具。在治疗颈椎骨折时选择开放还是微创，朗昭等[8]报告了经皮椎弓根螺钉置入内固定治疗颈椎骨折的研究，术后用CT确认螺钉置入的精确性，随访时间大于6个月，用视觉模拟评分(visualanaloguescale,VAS)和美国脊髓损伤协会损伤分级评价预后，结果显示微创三维导航组平均出血量明显低于开放三维导航组，差异有统计学意义(t=5.，P0.05)，VAS评分也明显优于开放三维导航组。由此表明术中应用三维C型臂导航行经皮微创螺钉置入内固定术治疗颈椎骨折安全、可行，并且可以减少术后颈部疼痛的发生率。此外，在治疗寰枢椎不稳方面，许世宏等[9]回顾性分析了30例（三维C型臂导航组14例、普通透视组16例）通过置入寰椎侧块和枢椎椎弓根螺钉治疗寰枢椎不稳患者，结果显示两组患者平均手术时间、术后半年日本骨科协会评分差异均无统计学意义（P0.05），但两组在平均透视时间、术中出血量、螺钉置入准确性方面差异均有统计学意义（P0.05)，三维C型臂导航组明显优于普通透视组，因此，他们认为术中采用三维C型臂导航可明显提高螺钉置入准确性，且可减少术中透视时间及术中出血量。
（三）齿状突骨折治疗应用
Zou等[10]的研究共纳入21例齿状突骨折患者，均在三维C型臂导航下行颈椎前路内固定术，术后随访时间为13.8个月。均无不愈合及术中、术后并发症发生，颈椎术后功能情况用Smiley-Webster功能评分评价：优秀18例，良好2例，一般1例。他们认为三维C型臂导航下行颈椎前路内固定术治疗齿状突骨折是有效的辅助方式。另外，针对应用三维C型臂导航和常规透视经前路螺钉内固定治疗齿状突骨折的比较，Mar-tirosyan等[11]进行临床对照研究，研究分为三维C型臂导航组（25例）和常规透视组（26例），术后3个月时三维C型臂导航组和常规透视组的愈合率分别为%和87%，Smiley-Webster功能评分分别为1.08分和1.33分，三维C型臂导航组手术时间明显低于常规透视组，且愈合率和预后明显优于常规透视组。Yang等[12]报告了三维C型臂和常规透视下齿状突骨折前路螺钉置入准确性的比较，三维C型臂组的透视时间为42.9s，常规透视组的透视时间为68.1s，差异有统计学意义（P0.05），两组复位失败率分别是7.7%和18.8%。他们认为三维C型臂导航可以安全地扩展到治疗脊髓损伤方面，同时有效减少患者和外科医生辐射的暴露时间。
三、三维C型臂在创伤外科中的应用
三维C型臂导航技术在创伤外科中的应用也非常广泛，由于创伤外科的患者多数为急、重症患者，以致术前准备时间较短，很多都需行急诊手术，三维C型臂可以在术中实时重建三维图像，使手术医生对一些复杂骨折更加充分的了解，并且能够在术中即时校正螺钉的位置，更加精确地置入固定器材，减少术中及术后发生并发症的几率，最大限度地缩短螺钉置入时间[13]。因此，三维C型臂导航系统一直被创伤外科医生所青睐，并广泛应用于临床。在创伤外科中，三维C型臂导航系统常用于骨盆骨折内固定术、股骨近端骨折内固定术、肱骨近端骨折内固定术、桡骨远端骨折内固定术的术中导航。
（一）骨盆手术
术中三维C型臂导航下手术是微创治疗骨盆骨折的可靠方法。Li等[14]回顾性分析了81例经皮螺钉内固定治疗的骨盆骨折患者资料，共置入枚空心钉。结果显示三维C型臂导航组与常规透视组的平均固定时间分别为（4.0±0.7）min、（19.4±0.8）min，差异有统计学意义(P0.)，透视曝光时间分别为（34.2±2.2）s、（57.8±4.9）s，差异有统计学意义(P0.)。随访未见延迟愈合或骨不连。因此，他们认为应用三维C型臂导航最大限度地减少透视暴露时间和螺钉插入时间，同时提高螺钉置入的准确性。罗从风等[15]采用三维C型臂导航下经皮微创螺钉内固定治疗20例无明显移位的髋臼骨折患者，共置入46枚空心钉，结果显示空心钉平均置入时间为(22.6±1.2)min，空心钉置入成功率达97.8%，术中应用三维C型臂导航进行空心钉位置验证，所有空心钉均未穿出关节面，与术后CT结果一致，20例患者平均随访时间为22.8个月，末次随访时X线片示骨折愈合、螺钉置入位置满意。他们认为在三维C型臂导航下对无明显移位的髋臼骨折进行微创内固定治疗，可以有效重建髋臼关节面，减少术后并发症，达到出血量少且螺钉置入位置准确的目的，有利于患者功能康复。
刘志勇等[16]应用等中心三维C型臂(Iso-C)导航技术进行尸体研究经皮双螺钉置入术治疗耻骨联合分离的最佳进针角度，结果表明，对男性来说，两侧的进针角度与水平面的夹角分别为7.7°±1.9°、30.6°±4.0°，与冠状面的夹角分别为7.8°±1.8°、9.1°±3.0°时，患者发生手术区周围血管、神经及组织损伤的几率最小，他们认为三维C型臂导航在经皮双螺钉置入治疗耻骨联合分离时是可靠的辅助方式。
（二）股骨近端骨折
治疗股骨近端骨折时，切入点对精确复位及股骨髓内钉置入至关重要。三维C型臂透视导航的开发有助于切入点的选择和减少医源性股骨骨折的发生。Crookshank等[17]研究经梨状隐窝的方法（PF法）和经大转子尖端的方法（TT法）选择髓内钉切入点治疗股骨近端骨折。普遍可以接受的三维透视的图像平均成像角度是29°。他们认为透视导航下图像的角度影响TT法和PF法的手术准确性。Muller等[18]认为与常规透视相比，三维C型臂导航技术提高了股骨近端骨折复位的精度，降低了术后肢体功能恢复不良的风险。并且该系统减少了辐射，但需要更多的操作时间。
（三）胫骨平台骨折
关节内骨折的治疗对解剖复位的要求极高，良好的解剖复位有利于关节功能的恢复及减少术后并发症的发生。在治疗胫骨平台骨折方面，曾月东等[19]报告了三维C型臂引导下置入钢板治疗23例胫骨平台骨折患者，术中再次用三维C型臂机验证骨折复位及内固定置入质量，18例完成3个月随访，膝关节功能评分（用Rasmussen评分评价）为优9例，良8例，可1例，优良率为94%。他们认为三维C型臂导航可术中实时评价骨折复位及螺钉置入质量，有效提高骨折解剖复位及内固定的准确性，有利于膝关节的功能恢复。
（四）肱骨近端骨折
近几年肱骨近端锁定钢板治疗肱骨近端骨折的疗效有明显改善，术中由于定位不准确、螺钉可能穿入关节内，给患者造成不必要的损伤。术中三维C型臂导航可确定置入物与关节面的位置关系。Weil等[20]利用在肱骨近端固定锁定钢板，使穿入关节面（突进关节面2mm）的螺钉数为0、1、2个。然后分别让2名医师(A组、B组)都分别用常规透视和三维C型臂进行观察，评估两种检测设备的准确性。比较常规透视和三维C型臂导航的总准确度，A组分别为89.9%和%，差异有统计学意义(P0.01)，B组分别是91.1%和%，差异有统计学意义（P=0.01）。常规透视组和三维C型臂组的K值比较，A组分别为0.74和1，B组分别为0.93和1。他们认为在肱骨近端骨折中，三维C型臂导航是高度精确的成像方式，可减少螺钉穿透关节面的发生率。
（五）桡骨远端骨折
在有角度的桡骨远端骨折中，螺钉误置是导致手术失败的常见原因。有研究[21]表明术中三维C型臂辅助下钢板固定治疗有角度的桡骨远端骨折，术中发现螺钉误置率为31.3%，这可以通过三维C型臂术中即时校正。术中三维C型臂导航在治疗桡骨远端不稳定骨折中具有良好疗效。Meier等[22]认为三维C型臂导航系统能够精确定位置入物。他们用10具尸体标本模拟桡骨远端骨折，比较螺钉置入位置的准确性，CT、二维C型臂、三维C型臂准确性分别是40%、56%、59%，而且三维C型臂术中导航的错误率最低。
四、三维C型臂在关节外科中的应用
关节是肢体活动的重要解剖基础，对肢体的功能起到决定性作用。因此，在外科治疗时，不仅要保证骨折复位准确性或假体的稳定性，而且需尽可能恢复关节的完整功能，从而提高患者生活质量，在关节外科中，术中三维C型臂导航系统主要应用于肩关节、肘关节、髋关节、膝关节的关节置换及解剖复位的定位。该系统可以精确地置入假体，且减少辐射时间，降低了辐射剂量。
（一）肩关节
等中心三维C型臂导航系统可用于盂肱关节和肩锁关节，并且可以提高手术医生操作精度。有研究[23]表明与传统二维导航相比，三维C型臂拥有辐射量小、图片质量高、图片可信度强、更易辨别螺钉过长等优点。肩关节置换的长期疗效取决于假体固定是否稳定和关节盂部件定位是否正确。Stubig等[24]报告了三维C型臂导航和常规透视下肩关节置换关节盂假体植入的比较。在轴平面上的关节窝倒转术中三维C型臂导航组显示出更高的精度，三维C型臂导航组和常规透视组的平均偏差角度分别为为4.5°±1.6°和11.5°±6.5°，差异有统计学意义（P=0.）。他们认为三维C型臂导航是提高肩关节置换术精确度的有效方法。
（二）肘关节
三维C型臂导航系统已经被证实是术中导航的有利工具，但是其在肘关节方面的报道并不多见。Schnetzke等[25]通过前瞻性研究36例肘关节患者，术中应用三维C型臂校正螺钉置入不准确患者达16.7%，术后用三维CT评价复位及螺钉置入质量，无一例患者需二次手术。他们认为相比常规二维透视，三维C型臂导航系统为术者提供了更直观的影像学资料，但能否真正降低肘关节骨折的翻修发生率需进一步临床验证。
（三）髋关节
近些年，术中三维导航技术在髋关节手术中的应用显得尤为重要。有研究[26]表明术中应用三维C型臂导航技术使治疗髋关节骨折的术中修正率从原来的7%提高至19%。在应用三维C型臂进行发育性髋关节脱位手法复位术中评价复位质量方面，Sachleben等[27]回顾性分析了15例发育性髋关节脱位患者，结果显示所有患者术中三维C型臂定位与术后MRI定位完全一致，术后12周所有患者在髋关节正位X线片上均为发现脱位及半脱位迹象，且患者平均被辐射剂量三维C型臂的（0.3mSv）比低剂量的CT（0.5mSv）的还要低。他们认为三维C型臂是评价发育性髋关节脱位闭合复位质量的可靠方法，且辐射剂量安全。此外，与常规透视相比，在经皮逆行螺钉置入治疗髋臼前柱骨折中，三维C型臂导航系统在手术时间、透视时间、螺杆插入时间、平均失血量方面有显著优势。因此在行经皮逆行螺钉置入治疗髋臼前柱骨折时，三维C型臂导航是比常规透视更精确、更安全的手术辅助方式[28]。
（四）膝关节
膝关节置换术时使用三维C型臂术中评估可提高预后效果和避免早期假体对合不良而带来的问题。Amiri等[29]研究在人工全膝关节置换（6具尸体全膝关节置换）术中及术后应用等中心三维C型臂导航技术，股骨假体和胫骨假体置入正确率（以均方根差表示）分别为0.8°和1.3°，相应的方差为1.3°和1.4°。该研究表明在膝关节置换术中三维C型臂成像可以提供类似CT的精确且重复性好的力线旋转角度。因此，利用三维成像评价人工全膝关节置换术中、术后的旋转部件是可行的，具有可接受的精度和可重复性。
五、三维C型臂在截骨矫形外科中的应用
矫形外科近年发展迅猛，胸腰段是脊柱应力相对集中区域，因此，该阶段更易发生骨折且骨折术后更易并发角状后凸畸形，大多数患者都需二次手术矫正。樊勇等[30]报告了34例（无辅助组11例，辅助组23例）应用传统截骨矫形技术和联合应用术前设计及术中三维C型臂导航技术完成顶椎椎弓根截骨术（PSO），平均随访38个月，截骨矫形治疗胸腰段后凸畸形。所有患者术中均为未发生脊髓损伤，且术后及末次随访VAS评分、cobb角、ODI均优于术前，差异有统计学意义（P0.05)，辅助组末次随访VAS评分、cobb角、ODI均优于无辅助组，差异有统计学意义（P0.05)，且术中出血更少、手术时间更短、后凸矫形率更高，差异有统计学意义（P0.05)。他们认为术中三维C型臂导航可明显提高脊柱矫形手术置钉的准确性，更好地完成截骨与矫形，减少手术时间及出血量，降低手术风险，是一种有效、安全的脊柱矫形外科辅助技术。此外，在先天性脊柱侧后凸畸形的治疗方面，刘伟等[31]报告了在三维C型臂导航下行后路螺钉置入并进行半椎体矫形的18例儿童先天性脊椎后凸患者（共置入螺钉枚），结果显示置钉准确率为97.6%，术后8个月节段性侧凸及后凸cobb角矫正率分别为78.2%±7.8%、76.0%±9.4%，与术前相比，差异均有统计学意义（P0.01），他们认为术中三维C型臂辅助后路螺钉置入并半椎体切除矫形治疗儿童先天性脊柱后突畸形患者时，螺钉置入精度高且安全，截骨矫正效果满意。
六、三维C型臂在运动医学方面的应用
在运动医学方面，三维C型臂可与关节镜联合应用治疗少年胫骨髁间前棘撕脱骨折。王军等[32]通过对10例胫骨髁间前棘撕脱骨折移位患者在关节镜联合三维C型臂导航下进行骺板近端三维缝合术治疗，平均随访18.2个月，骨折均愈合，3~6个月时患者均已恢复正常生活，前抽屉试验阴性，术前、术后Lysholm评分比较差异有统计学意义（P0.05），因此他们认为三维C型臂联合关节镜治疗少年胫骨髁间前棘撕脱骨折具有安全、并发症少、效果满意的优势。肩锁关节固定是治疗洛克伍德Ⅳ~Ⅵ型病灶的有效治疗方法，但由于定位不准确导致断钉或移位等并发症多发。Stubig等[33]通过对17具尸体标本（9具三维导航组，8具非导航组）行肩锁关固定术，结果表明三维C型臂可明显提高肩锁关节固定置钉的准确性，总手术时间不变，但辐射时间相对延长。
七、三维C型臂在骨肿瘤外科的应用
在骨肿瘤方面，三维C型臂主要应用于骨样骨瘤切除及骨转移瘤切除的术中导航。Lin等[34]回顾性分析了在三维C型臂导航引导下切除骨样骨瘤的14例患者，肿瘤分别位于股骨（8例）、胫骨（4例）、肱骨（1例）、肩胛骨（1例），术前VAS评分平均为（4.7±1.1）分。通过三维透视明确肿瘤的准确位置并在导航引导下切除病灶，术中应用三维C型臂再次证实病灶切除是否彻底，所有患者随访16个月。结果显示手术时间平均为94min，出血量平均为80mL，均无需植骨或内固定，且均无并发症发生，骨样骨瘤病理确诊率为86%，术后3dVAS评分下降至平均（1.4±0.6）分，术后4个月所有患者VAS评分均为0，随访期间复查X线或CT均未发现肿瘤复发。他们认为三维C型臂导航在骨样骨瘤切除术中表现出了局部定位准确、微创、病理确诊率高、可术中证实是否根除的优越性。另外，在三维C型臂透视引导下行骶会阴肛门成形术治疗骶骨转移瘤疗效方面，三维C型臂导航是可行且安全的微创手术辅助工具，可精确控制针和骨水泥的位置关系[35]。
八、三维C型臂在骨科术中应用的优势、不足及展望
三维C型臂导航技术虽在骨科手术中应用广泛，但并非所有骨科手术均需导航技术，其主要用于常规手术难以完成的患者。为保证手术的精准性，在术中应用三维C型臂导航时应注意：避免工具及导航参考基移位或松动、避免遮挡红外线接受器、保持红外线反射球洁净、按轨迹轻柔操作[36]。
与其他手术辅助工具相比，三维C型臂导航技术存在优势和不足，与二维C型臂相比，三维C型臂导航能在术中短时间内同时生成二维和三维图像（横断面、矢断面及冠状面），且可自动注册示踪器并智能校准，有利于术者选择最佳型号的螺钉和最佳的螺钉置入角度，减少了手术的感染几率。三维图像还可以任意旋转观察、测量距离及角度，从而实现手术的直观、精准，而且术中可适当调整手术方案。另外，该系统释放辐射剂量安全，对人体的放射性损伤极其微弱，有效地减少了患者及医护人员的辐射伤害[36]。与三维CT相比，三维C型臂无需术前获取图像、无需手动注册、可进行术中设计、可进行经皮微创手术等优势，其不足之处主要与二维C型臂设备价格相比，其价格昂贵，与三维CT相比，其三维图像存在分辨率较差、投影范围有限等不足，还有待进一步的改善[37]。
总之，随着手术导航技术的逐渐发展，微创、可视、精准的手术理念已经深入人心，三维C型臂导航技术需进一步发展成为定位更加精确、抗干扰能力强、辐射量低的导航技术，并期待其可与手术机器人更多的结合，使骨科手术的智能化再上一个台阶，遥控式手术的精准医疗新时代终将到来。这必将使骨科乃至整个外科手术的治疗方案实现新的飞跃，给骨科手术带来革命性的变化。
参考文献略
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