Reducing Implant-Associated Complications in Scoliosis Surgery by Using O-Arm Navigation and Additive Technologies

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

Background. Posterior spinal fusion with multisegmental fixation with pedicle screws is the method of choice in the treatment of patients with severe scoliosis. Malposition of pedicle screws, as a cause of implant-associated complications when using the free-hand technique of their implantation, occurs with a frequency of 1.5 to 50.0%. High risks of implant-associated complications require the widespread implementation of technologies for their prevention, including O-arm navigation and additive technologies. Aims — to compare the accuracy and safety of surgical correction of scoliosis using the free-hand technique, O-arm navigation and additive technologies to reduce the risk of implant-associated complications. Methods. A total of 72 patients operated on for scoliotic deformity were included in the study. Group I included 25 patients (447 screws) operated on using the free-hand technique of transpedicular screw implantation, group II included 25 patients (528 screws) operated on using O-arm navigation, and group III included 22 patients (430 screws) operated on using additive technologies based on 3D printing. A comparative analysis of the frequency and distribution of malpositions was carried out in the groups, as well as a search for relationships between various radiographic parameters. Results. In the free-hand group, the average angle of deformation before surgery was 78.48 ± 18.28, the total frequency of malpositions was 16.6%, including: grade 1 — 2.01%, grade 2 — 6.94%, grade 3 — 7.6%. In the O-arm group, the angle of deformation was 90.84 ± 30.16, a total of malpositions was 4.92%, including: grade 1 — 1.52%, grade 2 — 2.84%, grade 3 — 0.57%. In the 3D printing group, the average angle was 95.36 ± 20.93, a total of malpositions was 6.28%, including: grade 1 — 3.72%, grade 2 — 2.33%, grade 3 — 0.23%. When assessing the relationship between the rotation of the apical vertebra and the Cobb angle of deformation on the frequency of malpositions in the free-hand group, a high degree of direct relationship was found (p < 0.05). No correlation was found between the frequency of malpositions and rotations of the apical vertebra and the Cobb angle of deformation in the O-arm group. In the 3D group, a moderate correlation was observed (p < 0.05). In the free-hand group, 1 neurological complication was noted, in the O-arm and 3D groups, no complications were noted. Conclusions. The use of free-hand — the technique of installing pedicle screws in surgical correction of spinal deformities is relatively safe. However, an increase in the severity of spinal deformity is associated with a high risk of implant-associated complications in severe spinal deformities. The use of O-arm navigation and additive technologies significantly reduces the risk of implant-associated complications, which increases the effectiveness and safety of surgical correction of severe forms of scoliosis.

Full Text

Обоснование

Задний спондилодез (PSF) с полисегментарной фиксацией транспедикулярными винтами (ТПВ) является методом выбора в лечении пациентов с тяжелым сколиозом, преимущество которого заключается в лучшей коррекции деформации, минимизации протяженности спондилодеза, снижении потребности в переднем релизе, уменьшении частоты повторных вмешательств и улучшении функции легких [1].

Использование транспедикулярной фиксации в хирургии деформаций позвоночника сопряжено с рисками имплант-ассоциированных осложнений, частота которых при хирургической коррекции идиопатического сколиоза достигает 10% [2]. Анализ частоты и структуры осложнений, связанных с хирургическим лечением сколиоза при системных наследственных заболеваниях скелета, демонстрирует высокий уровень имплант-ассоциированных осложнений: повреждения твердой мозговой оболочки имплантами составили > 10%, частота миграции имплантатов — > 20%, частота формирования псевдоартроза — > 25%, в более 5% встречалась раневая инфекция [3]. Осложнения хирургии нервно-мышечного сколиоза составляют около 44% случаев, из них имплант-зависимые осложнения встречаются с частотой 31%, из которых 18% связано с выполнением позвоночно-тазовой фиксации [4].

Неправильное положение винта (мальпозиция) как причина имлант-ассоциированных осложнений при использовании техники free-hand встречается, по данным литературы, с частотой от 1,5 до 50,0% [5–7].

 

Рис. 1. Топография органов грудной клетки на уровне грудного отдела позвоночника. Пример медиальной мальпозиции

 

Медиальная мальпозиция возникает при прободении медиальный стенки корня дуги позвонка и выстояния винта в позвоночный канал (рис. 1), что может привести к повреждению и/или компрессии невральных структур, развитию эпидуральной гематомы и, возможно, радикулопатии при прохождении винта через корешковое отверстие. По данным литературы, частота нейрососудистых осложнений, ассоциированных с мальпозицией винтов при ювенильном идиопатическом сколиозе, может достигать 1,3% [5, 8].

Медиальные мальпозиции по вогнутой стороне деформации потенциально могут быть более опасными при сколиозе, так как в вогнутую сторону обычно смещается спинной мозг, что потенциально повышает риск его повреждения при прободении медиальной стенки ножки дуги позвонка (рис. 2).

 

Рис. 2. Смещение структур позвоночного канала в вогнутую сторону деформации. A — спиной мозг на уровне Th11 позвонка (миелография)

 

Латеральные мальпозиции возникают при выстоянии винта в латеральном направлении от корня дуги и тела позвонка (рис. 3), в грудном отделе позвоночника могут приводить к развитию плеврита, гемо- и пневмоторакса, повреждению легкого [9].

 

Рис. 3. Топография органов грудной клетки на уровне грудного отдела позвоночника. Пример латеральной мальпозиции

 

Передние мальпозиции в случае прободения винтом тела позвонка спереди (рис. 4) могут приводить к кровотечению, образованию гематом, эрозии стенки сосуда или формированию псевдоаневризм, поскольку спереди от позвоночника располагаются крупные сосуды [10]. Повреждения магистральных сосудов при транспедикулярной фиксации встречаются с частотой 0,01%, еще реже встречаются повреждения аорты, однако летальность в этом случае может достигать 65% [11].

 

Рис. 4. Топография сосудов спереди от позвоночного столба на уровне грудного отдела позвоночника. Пример передней мальпозиции: А — аорта; B — v. Hemiazygos; C — v. Azygos

 

Высокие риски имлант-ассоциированных осложнений в хирургии деформаций позвоночника требуют разработки новых методов их профилактики. Один из таких методов — навигационная система, совмещенная с O-arm, все чаще используемая в хирургии деформаций позвоночника [12]. O-arm в сочетании с навигационной системой позволяет в режиме реального времени сопоставлять в трех плоскостях положение и траекторию рабочего инструмента хирурга относительно индивидуальной анатомии пациента.

В последние годы стали активно развиваться аддитивные технологии в ортопедии. Компьютерная томография (КТ) позвоночника позволяет построить трехмерную реконструкцию, которая впоследствии используется для создания модели на 3D-принтере в масштабе 1:1. Трехмерная модель позвоночника может служить в качестве наглядного макета для лучшего пространственного понимания индивидуальной патологической анатомии деформации и планирования траектории имлантации ТПВ.

Цель исследования — сравнить точность и безопасность хирургической коррекции сколиоза с использованием free-hand-техники, O-arm-навигации и аддитивных технологий для снижения риска имплант-ассоциированных осложнений.

Методы

Дизайн исследования

В исследование вошло 72 пациента, которые были разделены на три группы: в группу I (контрольную, free-hand) включено 25 пациентов, оперированных с применением free-hand-техники имплантации ТПВ под контролем интраоперационной флюороскопии, без использования навигационных технологий; в группу II (O-arm) — 25 пациентов, прооперированных с применений O-arm-навигации; в группу III (3D) — 22 пациента, оперированных с применений технологии 3D-печати.

Всем пациентам проводился анализ до- и послеоперационных КТ и рентгенограммы с целью поиска мальпозиций и оценки результатов оперативного лечения. Все пациенты прошли процедуру подписания информированного добровольного согласия об участии в исследовании.

Критерии соответствия

Критерии включения в исследование: наличие сколиотической деформации, требующей хирургической коррекции; отсутствие необходимости в проведении трехколонных остеотомий.

Условия проведения

Мультицентровое ретроспективное исследование проводилось на базе ФГАУ «НМИЦ здоровья детей» Минздрава России и ФГБУ «НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова» Минздрава России.

Продолжительность исследования

Ретроспективное исследование проводилось на основании катамнестического наблюдения за пациентами, прооперированными в период с 2010 по 2024 г.

Описание медицинского вмешательства

В группе I (free-hand) выполнялся стандартный задний хирургический доступ, ТПВ вводились методом свободной руки по L. Lenke. Корректность установки винтов контролировалась флюороскопически. 9 пациентов из группы I прооперированы в два этапа. Двухэтапное оперативное лечение сколиоза в данном случае подразумевало проведение предварительного переднего релиза (с целью мобилизации передней опорной колонны позвоночника) и последующую дорсальную коррекцию и фиксацию деформации позвоночника с применением транспедикулярной фиксации. Во всех случаях двухэтапного лечения применялась гало-пельвиктракция после переднего релиза от 2 до 12 сут.

В группе II (O-arm) после проведения стандартного хирургического доступа навигационная рамка устанавливалась на остистые отростки в зоне сканирования интраоперационного мобильного конусно-лучевого томографа. Следующим этапом проводилось сканирование целевой области. Результаты сканирования в трех плоскостях выводились на экран, далее навигационная система с помощью технологии motion capture распознавала положение и траекторию навигируемых инструментов относительно пациента. Канал для ТПВ формировался навигируемым инструментом для формирования канала в корне дуги позвонка, что позволяло во всех трех плоскостях контролировать ход имплантации винтов. Время на подготовку и непосредственно сканирование одной области занимало не более 10 мин. В среднем на одно оперативное вмешательство приходилось 3–4 сканирования.

В группе III для изготовления 3D-модели позвоночника пациента использовалась КТ на уровнях С0–S5 позвонков с крыльями таза. Далее при помощи программы RadiAnt DICOM Viewer выполнялась обработка самого 3D-изображения. Финальное изображение сохранялось в формате STL, при необходимости использовался 3D-редактор для детальной проработки изображения. STL-файл переносился на накопителе в 3D-принтер, где происходило создание твердотельной STL демонстрационной 3D-модели позвоночника с отображением всех костных анатомических структур и аномалий позвоночника из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, в качестве которого использовался акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), или полиэтилентерефталат с гликолем (PET-G), или полилактид (PLA). В среднем подготовка одной модели занимает около 1,0–1,5 сут. В дальнейшем 3D-модель использовалась для определения точек введения и направления ТПВ, в качестве направляющих использовались спицы. Модель с направляющими интраоперационно использовалась хирургом для лучшего пространственного представления деформации и помощи в определении хода канала для имплантации ТПВ (рис. 5).

 

Рис. 5. 3D-модель деформации с направляющими для транспедикулярных винтов

 

Исходы исследования

Основной исход исследования. Основным исходом являлось наличие или отсутствие мальпозиций по данным послеоперационных КТ-сканов в исследуемых группах.

Дополнительные исходы исследования. Также проводилась оценка степени ротации вершинного позвонка и величины деформации по Cobb с целью поиска возможной взаимосвязи между риском мальпозиции и углом деформации и величины ротации позвонков.

Методы регистрации исходов

Выявленные по данным КТ мальпозиции оценивались в соответствии с классификацией G. Rao et al. [13]: степень 0 — нет нарушения; степень 1 — перфорация < 2 мм; степень 2 — перфорация 2–4 мм; степень 3 — перфорация > 4 мм. Мальпозиции были разделены на передние, медиальные и задние. Критическими, с высоким риском осложнений, считались мальпозиции 2-й и 3-й степени.

Ротация вершинного позвонка оценивалась на аксиальных срезах КТ как угол между перпендикуляром от остистого отростка и линией, проведенной через центр тела позвонка.

Этическая экспертиза

На основании консенсуса локальным независимым этическим комитетом при федеральном государственном автономном учреждении «Национальный медицинский исследовательский центр здоровья детей» Минздрава России было принято решение одобрить НИР «Обеспечение безопасности хирургической коррекции сколиозов у детей с применением нейронавигационных технологий» в рамках выполнения диссертационной работы на соискание ученой степени «кандидат медицинских наук по специальности 3.1.11 — Детская хирургия». Исполнитель — Пимбурский Иван Петрович (выписка из протокола № 9 от 28 сентября 2023 г.).

Статистический анализ

Принципы расчета размера выборки. Размер выборки предварительно не рассчитывался.

Методы статистического анализа данных. Статистический анализ проводился с использованием программы StatTech v. 4.5.0 (разработчик — ООО «Статтех», Россия). Количественные показатели оценивались на предмет соответствия нормальному распределению с помощью критерия Шапиро–Уилка. Количественные показатели, имеющие нормальное распределение, описывались с помощью средних арифметических величин (M) и стандартных отклонений (SD), границ 95%-го доверительного интервала (95%-й ДИ).

В случае отсутствия нормального распределения количественные данные описывались с помощью медианы (Me) и нижнего и верхнего квартилей (Q1–Q3). Направление и степень корреляции между количественными показателями оценивались с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена (при распределении показателей, отличном от нормального) и коэффициента корреляции Пирсона (при нормальном распределении сопоставляемых показателей). Различия считались статистически значимыми при p < 0,05.

Результаты

Объекты (участники) исследования

Характеристика пациентов представлена в табл. 1.

 

Таблица 1. Характеристики пациентов, включенных в исследование (n = 72)

Характеристика

Группа

Free-hand

O-arm

3D

Количество пациентов, n

25

25

22

Средний возраст, лет, M ± SD, Me (Q1–Q3)

14,20 ± 2,08

13,32 ± 2,17

23 (15,75–33,25)

Угол деформации по Сobb, °, M ± SD

78,48 ± 18,28

90,84 ± 30,16

95,36 ± 20,93

Этиология деформации позвоночника, n:

 

• нейромышечные

4

8

2

• идиопатические

21

17

20

 

Основные результаты исследования

Основные результаты оперативного лечения представлены в табл. 2, а распределение мальпозиций по группам — в табл. 3. В распределении частоты мальпозиций между группами I и II и группами I и III (p < 0,05) выявлены статистически значимые различия. В группах II и III значимых различий не выявлено.

 

Таблица 2. Основные результаты оперативного лечения в группах

 

Группа

I, M ± SD

II, M ± SD / Me (Q1–Q3)

III, M ± SD / Me (Q1–Q3)

Ротация вершинного позвонка, °

30,84 ± 11,36

38,48 ± 15,06

32,50 (25,25–47,00)

Угол деформации по Cobb, °:

• до операции

 

78,48 ± 18,28

 

90,84 ± 30,16

 

95,36 ± 20,93

• после операции

27,13 ± 9,08

36,00 (20,00–47,00)

59,73 ± 21,66

Среднее количество установленных
винтов у одного пациента

18,00 ± 2,87

21,12 ± 6,02

19,00 ± 2,14

 

Таблица 3. Распределение мальпозиций транспедикулярных винтов в группах исследования

Показатель

Группа

p

I

II

III

I/II

I/III

II/III

Общее количество винтов

447

528

430

—

—

—

Общая частота мальпозиций, % (абс.):

16,6 (74)

4,92 (26)

6,28 (27)

< 0,001*

<0 ,001*

0,362

1-я степень

2,01 (9)

1,52 (8)

3,72 (16)

0,554

0,129

0,030*

2-я степень

6,94 (31)

2,84 (15)

2,33 (10)

0,003*

0,002*

0,619

3-я степень

7,6 (34)

0,57 (3)

0,23 (1)

< 0,001*

< 0,001*

0,402

Медиальные

8,72 (39)

2,46 (13)

2,56 (11)

< 0,001*

< 0,001*

0,925

Латеральные

6,94 (31)

2,08 (11)

3,49 (15)

< 0,001*

0,023*

0,184

Передние

0,89 (4)

0,38 (2)

0,23 (1)

0,305

0,193

0,688

Примечание: * — статистически значимое различие.

 

Дополнительные результаты исследования

Также нами был проведен корреляционный анализ взаимосвязи между частотой мальпозиций ТПВ, ротацией вершинного позвонка, а также исходного угла деформации по Cobb. В группе I (free-hand) при оценке связи частоты мальпозиций и ротации вершинного позвонка установлена прямая связь высокой тесноты— r = 0,713; p < 0,001 (рис. 6, А).

 

Рис. 6. График зависимости частоты мальпозиций в группе I (free-hand): А — от ротации вершинного позвонка (r = 0,713; p < 0,001); Б — от угла деформации по Cobb (r = 0,657; p < 0,05)

 

При оценке взаимосвязи частоты мальпозиций и угла деформации по Cobb установлена прямая корреляция заметной тесноты— r = 0,657; p < 0,05 (рис. 6, Б). В группе II (O-arm) связь частоты мальпозиций и ротации вершинного позвонка не прослеживалась — r = 0,072; p = 0,734 (рис. 7, А). При оценке связи частоты мальпозиций и угла деформации по Сobb установлена прямая связь слабой тесноты— r = 0,298; p = 0,147 (рис. 7, Б).

 

Рис. 7. График зависимости частоты мальпозиций в группе II (O-arm): А — от ротации вершинного позвонка (r = 0,072; p = 0,734); Б — от угла деформации по Cobb (r = 0,298; p = 0,147)

 

В группе III (3D) при оценке корреляции между ротацией вершинного позвонка выявлена прямая связь умеренной тесноты (r = 0,491; p < 0,05) (рис. 8, А) и исходного угла деформации (r = 0,423; p < 0,05) (рис. 8, Б) от частоты мальпозиций ТПВ.

 

Рис. 8. График зависимости частоты мальпозиций в группе III (3D): А — от ротации вершинного позвонка (r = 0,491, p < 0,05); Б — от угла деформации по Cobb (r = 0,423; p < 0,05)

 

Нежелательные явления

В группе I (free-hand) было отмечено одно неврологическое осложнение: пациентка А. 15 лет с диагнозом «идиопатический сколиоз 4 степени» (рис. 9).

 

Рис. 9. Клинический пример. Пациентка А., 15 лет: A — рентгенограмма до оперативного лечения; Б — результат второго этапа оперативного лечения; В — критические мальпозиции на уровнях Th11 и L

 

Было выполнено двухэтапное оперативное лечение. Первым этапом выполнена трансторакальная дискэктомия на вершине деформации, межтеловой спондилодез аутотрансплантатами, наложение гало-аппарата. Послеоперационный период протекал гладко. Проводилась гало-пельвиктракция. Вторым этапом выполнена задняя коррекция и фиксация деформации позвоночника. При проведении wake-up-теста интраоперационно пациентка ногами не двигала. После пробуждения появились слабые активные движения в голеностопных суставах и суставах стоп, спустя 2 ч появились слабые активные движения в коленных и тазобедренных суставах. У больной констатировано развитие клиники нижнего вялого парапареза с нарушениями чувствительности и функций тазовых органов по смешанному типу. На послеоперационной КТ выявлены критические медиальные мальпозиции на уровнях L3 и Th11 позвонков. Необходимо отметить, что мальпозиции находились по вогнутой стороне деформации, что, на наш взгляд, привело к развитию неврологического дефицита. Учитывая наличие клиники миелопатии и критических мальпозиций по данным послеоперационной КТ, принято решение о необходимости выполнения ревизии металлоконструкции с целью уменьшения дистракции на элементы металлоконструкции и переустановки винтов на уровнях Th11 и L3. После проведения ревизионного вмешательства отмечен полный регресс неврологической симптоматики в течение ближайших 2 мес. В группах II и III (соответственно O-arm и 3D) неврологических и иных осложнений транспедикулярной фиксации зафиксировано не было.

Обсуждение

Резюме основного результата исследования

В нашем исследовании установлено статистически значимое (p < 0,05) повышение точности установки ТПВ при использовании как O-arm-навигации, так и аддитивных технологий, что говорит о высокой эффективности данных методов для профилактики имплант-ассоциированных осложнений.

Обсуждение основного результата исследования

W. Feng и et al. (2020) выполнили систематический обзор и метаанализ эффективности применения O-arm-навигации в хирургии деформаций позвоночника и также пришли к выводу о высокой эффективности ее применения [14]. В среднем мальпозиции встречаются в 7,7% случаев при использовании O-arm-навигации [15–17].

P. Katiyar, V. Boddapati et al. (2024) провели систематический обзор применения аддитивных технологий в хирургии деформаций позвоночника. В 15 проанализированных ими исследованиях было установлено 2125 ТПВ со средней частотой мальпозиций 6,1%. В 8 исследованиях также провели сравнение аддитивных технологий с техникой free-hand, и в 7 из них отмечено значительное повышение точности установки ТПВ: 7,3% мальпозиций при использовании аддитивных технологий против 19,2% при применении free-hand-техники, что согласуется с данными нашего исследования [18].

Тяжесть деформации тесно коррелирует со сложностью постановки винтов и соответственно — с частотой мальпозиций, что подтверждает найденная нами прямая корреляция высокой тесноты между величиной угла ротации вершинного позвонка и частотой мальпозиций, а также с величиной угла деформации по Cobb и мальпозициями в группе пациентов free-hand.

3D-модель дает лучшее пространственное представление об индивидуальных особенностях анатомии деформации позвоночника, а направляющие спицы позволяют более точно устанавливать ТПВ, что значительно снижает риск критических мальпозиций (2-й и 3-й степени). Однако известно, что 3D-модель создается на основании предоперационной КТ, а соответственно, интраоперационно, особенно при мобильных деформациях. После проведения хирургического доступа и отсечения околопозвоночных мышц возможно значимое изменение пространственного положения позвонков, что может оказать существенное влияние на точность установки ТПВ. Этого недостатка лишена КТ-навигация, которая позволяет видеть анатомию пациента интраоперационно в реальном времени после выполнения хирургического доступа. Также, по нашему мнению, КТ-навигация более предпочтительна при ревизионных вмешательствах, так как в этих случаях могут отсутствовать стандартные анатомические ориентиры для имплантации ТПВ. Кроме того, металлоконструкция и сформировавшийся спондилодез могут давать большое количество наводок на полученное КТ-изображение, что снижает точность и информативность 3D-модели деформации позвоночника.

Ограничения исследования

Не всем больным, оперированным по поводу сколиоза, проведена КТ в послеоперационном периоде, что не позволило включить данных пациентов в исследование. Сравнительно небольшая выборка в нашем исследовании и низкое количество осложнений не позволили достоверно проанализировать риски осложнений, связанных с мальпозицией ТПВ, и выявить факторы, непосредственно влияющие на их развитие. Дальнейшие исследования и увеличение числа наблюдений позволят провести анализ факторов, способствующих развитию осложнений.

Заключение

Применение free-hand-технологии установки ТПВ при хирургической коррекции деформаций позвоночника относительно безопасно. Однако увеличение степени выраженности деформации позвоночника (увеличение угла сколиотической дуги, степени ротации, торсии в сочетании с фронтальным и сагиттальным наклоном позвонка, включенного в структуральную дугу деформации) сопряжено с высоким риском имплант-ассоциированных осложнений при тяжелых деформациях позвоночника. Применение O-arm-навигации и аддитивных технологий значительно снижает риск имплант-ассоциированных осложнений, что повышает эффективность и безопасность хирургической коррекции тяжелых форм сколиозов.

Дополнительная информация

Источник финансирования. Исследования выполнены, рукопись подготовлена и публикуется за счет финансирования по месту работы авторов.

Конфликт интересов. Авторы данной статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.

Участие авторов. И.П. Пимбурский — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, статистическая обработка материала, написание текста статьи; И.Е. Домрачев — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, написание текста статьи; О.Б. Челпаченко — концепция и дизайн исследования, написание и редактирование текста статьи; С.В. Колесов — концепция и дизайн исследования, редактирование текста статьи; К.В. Жердев — написание текста статьи; C.П. Яцык — редактирование текста статьи; А.С. Бутенко — сбор и обработка материала, редактирование текста статьи; А.И. Казьмин — редактирование текста статьи. Все авторы статьи внесли существенный вклад в организацию и проведение исследования, прочли и одобрили окончательную версию рукописи перед публикацией.

×

About the authors

Ivan P. Pimbursky

National Medical Research Center for Children’s Health

Email: bdfyltvbljd@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0002-5274-3941
SPIN-code: 6085-7940

MD

Russian Federation, 2 Lomonosovsky Prospekt, 119296, Moscow

Ivan E. Domrachev

National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics named after N.N. Priorov

Email: VaniaD97@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-9014-3068
SPIN-code: 1367-3096

MD

Russian Federation, Moscow

Oleg B. Chelpachenko

National Medical Research Center for Children’s Health; Research Institute of Emergency Children’s Surgery and Traumatology

Email: chelpachenko81@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0333-3105
SPIN-code: 7738-5108

MD, PhD

Russian Federation, 2 Lomonosovsky Prospekt, 119296, Moscow; Moscow

Sergey V. Kolesov

National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics named after N.N. Priorov

Email: dr-kolesov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4252-1854
SPIN-code: 1989-6994

MD, PhD

Russian Federation, Moscow

Konstantin V. Zherdev

National Medical Research Center for Children’s Health; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Email: drzherdev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3698-6011
SPIN-code: 8712-1738

MD, PhD, Assistant Professor

Russian Federation, 2 Lomonosovsky Prospekt, 119296, Moscow; Moscow

Sergey P. Yatsyk

Russian Medical Academy of Continuous Professional Education

Email: macadamia@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6966-1040
SPIN-code: 4890-8742

MD, PhD, Professor, Corresponding Member of the RAS

Russian Federation, Moscow

Andrey S. Butenko

National Medical Research Center for Children’s Health

Email: butenko.as@nczd.ru
ORCID iD: 0000-0002-7542-8218
SPIN-code: 9703-4935

MD

Russian Federation, 2 Lomonosovsky Prospekt, 119296, Moscow

Arcady I. Kazmin

National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics named after N.N. Priorov

Author for correspondence.
Email: kazmin.cito@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2330-0172
SPIN-code: 4944-4173

MD, PhD

Russian Federation, Moscow

References

  1. Lenke LG, Kuklo TR, Ondra S, et al. Rationale behind the current state-of-the-art treatment of scoliosis (in the pedicle screw era). Spine (Phila Pa 1976). 2008;33(10):1051–1054. doi: https://doi.org/10.1097/BRS.0b013e31816f2865
  2. Swany L, Larson AN, Garg S, et al. 0.4% incidence of return to OR due to screw malposition in a large prospective adolescent idiopathic scoliosis database. Spine Deform. 2022;10(2):361–367. doi: https://doi.org/10.1007/s43390-021-00434-z
  3. Levy BJ, Schulz JF, Fornari ED, et al. Complications associated with surgical repair of syndromic scoliosis. Scoliosis. 2015;10:14. doi: https://doi.org/10.1186/s13013-015-0035-x
  4. Weissmann KA, Lafage V, Pitaque CB, et al. Neuromuscular Scoliosis: Comorbidities and Complications. Asian Spine J. 2021;15(6):778–790. doi: https://doi.org/10.31616/asj.2020.0263
  5. Ansorge A, Sarwahi V, Bazin L, et al. Accuracy and Safety of Pedicle Screw Placement for Treating Adolescent Idiopathic Scoliosis: A Narrative Review Comparing Available Techniques. Diagnostics (Basel). 2023;13(14):2402. doi: https://doi.org/10.3390/diagnostics13142402
  6. Sakhrekar R, Shkumat N, Ertl-Wagner B, et al. Pedicle screw accuracy placed with assistance of machine vision technology in patients with neuromuscular scoliosis. Spine Deform. 2024;12(3):739–746. doi: https://doi.org/10.1007/s43390-024-00830-1
  7. Akazawa T, Torii Y, Ueno J, et al. Accuracy of computer-assisted pedicle screw placement for adolescent idiopathic scoliosis: a comparison between robotics and navigation. Eur Spine J. 2023;32(2):651–658. doi: https://doi.org/10.1007/s00586-022-07502-6
  8. Diab M, Smith AR, Kuklo TR; Spinal Deformity Study Group. Neural complications in the surgical treatment of adolescent idiopathic scoliosis. Spine (Phila Pa 1976). 2007;32(24):2759–2763. doi: https://doi.org/10.1097/BRS.0b013e31815a5970
  9. Di Silvestre M, Parisini P, Lolli F, et al. Complications of thoracic pedicle screws in scoliosis treatment. Spine (Phila Pa 1976). 2007;32(15):1655–1661. doi: https://doi.org/10.1097/BRS.0b013e318074d604
  10. Kakkos SK, Shepard AD. Delayed presentation of aortic injury by pedicle screws: report of two cases and review of the literature. J Vasc Surg. 2008;47(5):1074–1082. doi: https://doi.org/10.1016/j.jvs.2007.11.005
  11. Sandhu HK, Charlton-Ouw KM, Azizzadeh A, et al. Spinal screw penetration of the aorta. J Vasc Surg. 2013;57(6):1668–1670. doi: https://doi.org/10.1016/j.jvs.2012.10.087
  12. Luo M, Wang W, Yang N, et al. Does Three-dimensional Printing Plus Pedicle Guider Technology in Severe Congenital Scoliosis Facilitate Accurate and Efficient Pedicle Screw Placement? Clin Orthop Relat Res. 2019;477(8):1904–1912. doi: https://doi.org/10.1097/CORR.0000000000000739
  13. Rao G, Brodke DS, Rondina M, et al. Comparison of computerized tomography and direct visualization in thoracic pedicle screw placement. J Neurosurg. 2002;97(2 Suppl):223–226. doi: https://doi.org/10.3171/spi.2002.97.2.0223
  14. Feng W, Wang W, Chen S, et al. 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: https://doi.org/10.1007/s00264-019-04470-3
  15. Baky FJ, Milbrandt T, Echternacht S, et al. Intraoperative Computed Tomography-Guided Navigation for Pediatric Spine Patients Reduced Return to Operating Room for Screw Malposition Compared with Freehand/Fluoroscopic Techniques. Spine Deform. 2019;7(4):577–581. doi: https://doi.org/10.1016/j.jspd.2018.11.012
  16. Jin M, Liu Z, Liu X, et al. Does intraoperative navigation improve the accuracy of pedicle screw placement in the apical region of dystrophic scoliosis secondary to neurofibromatosis type I: comparison between O-arm navigation and free-hand technique. Eur Spine J. 2016;25(6):1729–1737. doi: https://doi.org/10.1007/s00586-015-4012-0
  17. Van de Kelft E, Costa F, Van der Planken D, et al. A prospective multicenter registry on the accuracy of pedicle screw placement in the thoracic, lumbar, and sacral levels with the use of the O-arm imaging system and StealthStation Navigation. Spine (Phila Pa 1976). 2012;37(25):E1580–E1587. doi: https://doi.org/10.1097/BRS.0b013e318271b1fa
  18. Katiyar P, Boddapati V, Coury J, et al. Three-Dimensional Printing Applications in Pediatric Spinal Surgery: A Systematic Review. Global Spine J. 2024;14(2):718–730. doi: https://doi.org/10.1177/21925682231182341

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Topography of the chest organs at the level of the thoracic spine. Example of medial malposition

Download (179KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Displacement of the structures of the spinal canal to the concave side of the deformation. A - spinal cord at the level of the Th11 vertebra (myelography)

Download (148KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Topography of the chest organs at the level of the thoracic spine. Example of lateral malposition

Download (169KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Topography of the vessels in front of the spinal column at the level of the thoracic spine. Example of anterior malposition: A - aorta; B - v. Hemiazygos; C - v. Azygos

Download (182KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. 3D model of the deformation with guides for transpedicular screws

Download (203KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Graph of the dependence of the frequency of malpositions in group I (free-hand): A - on the rotation of the apical vertebra (r = 0.713; p < 0.001); B - on the angle of deformation according to Cobb (r = 0.657; p < 0.05)

Download (144KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Graph of the dependence of the frequency of malpositions in group II (O-arm): A - on the rotation of the apical vertebra (r = 0.072; p = 0.734); B - on the angle of deformation according to Cobb (r = 0.298; p = 0.147)

Download (135KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Graph of the dependence of the frequency of malpositions in group III (3D): A - on the rotation of the apical vertebra (r = 0.491, p < 0.05); B - on the angle of deformation according to Cobb (r = 0.423; p < 0.05)

Download (130KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Clinical example. Patient A., 15 years old: A — radiograph before surgery; B — result of the second stage of surgery; C — critical malpositions at the Th11 and L levels.

Download (198KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 "Paediatrician" Publishers LLC