Assessment of the accuracy of pedicle screw fixation in thoracolumbar vertebrae using freehand technique in resource-limited settings: insights from a prospective analysis

封面

如何引用文章

全文:

详细

Background. Thoracolumbar fractures and diseases represent a significant healthcare problem. Pedicle fixation is a cornerstone in the surgical stabilization of spinal disorders, where spinal stability is crucial for maintaining proper biomechanical function and preventing neurological compromise.

The aims: 1) to reassess the accuracy of freehand pedicle screw fixation in thoracolumbar vertebrae, particularly within the context of resource-limited settings where image-guidance technologies are not feasible; 2) to explore how surgical ergonomics, particularly surgeon handedness, affects screw placement accuracy.

Methods. A prospective study was conducted, recruiting 90 patients with thoracolumbar lesions who underwent pedicle screw fixation by freehand technique in 2024. We excluded patients with congenital spine deformities and revision surgery. The accuracy and incidence of cortical breach of screws were determined by postoperative CT.

Results. Six hundred eighty-one screws were inserted in the lumbar and thoracic spine of 90 patients using a freehand approach. Out of them, 579 (85%) screws were installed within the pedicle without cortical breach, 78 (11.4%) screws — with a cortical breach less than 2 mm, and 24 (3.5%) screws — a with a cortical breach more than 2 mm. Six hundred fifty-seven (96.4%) screws were considered a safe breach, and 24 (3.6%) screws were considered a dangerous breach.

Conclusions. The use of freehand technique in pedicle screw fixation appears to be reliable and safe. It remains a valuable method, particularly in a resource-limited environment, providing a cost-effective and radiation-free alternative to navigation-assisted systems. This study reveals that surgical ergonomics, specifically surgeon handedness, do not significantly impact a breach when proper technique is maintained.

作者简介

Mohamed Elzyati

Ain Shams University

编辑信件的主要联系方式.
Email: moh.samir3796@gmail.com
ORCID iD: 0009-0004-7220-2063
埃及, Cairo

Magdy Youssef

Ain Shams University Hospitals

Email: dina.ahmed3796@gmail.com
ORCID iD: 0009-0002-1289-135X

Professor

埃及, Cairo

Mina Zaki

Ain Shams University Hospitals

Email: moh.elzyati@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-7801-7484
埃及, Cairo

参考

  1. Nath C., Jaiswal D.K. Introduction and History of Spinal Implantology. In: Handbook of Orthopaedic Trauma Implantology. Singapore: Springer Nature Singapore; 2023. p. 1809-1829.
  2. Walker C.T., Kakarla U.K., Chang S.W., Sonntag V.K. History and advances in spinal neurosurgery: JNSPG 75th Anniversary Invited Review Article. J Neurosurg Spine. 2019;31(6):775-785. https:// doi.org/10.3171/2019.9.SPINE181362.
  3. Avila M.J., Baaj A.A. Freehand thoracic pedicle screw placement: Review of existing strategies and a step-by-step guide using uniform landmarks for all levels. Cureus. 2016;8(2):e501. https://doi.org/10.7759/cureus.501.
  4. Wood K.B., Li W., Lebl D.S., Ploumis A. Management of thoracolumbar spine fractures. Spine J. 2014;14(1):145-164. https://doi.org/10.1016/j.spinee.2012.10.041.
  5. Mattei T.A., Milano J.B. Accuracy of “freehand technique” for instrumentation of thoracolumbar spine. Neurosurgery. 2011;69(1 Suppl Operative):E265-E267. https://doi.org/10.1227/NEU.0b013e31821763db.
  6. Parker S.L., McGirt M.J., Farber S.H., Amin A.G., Rick A.M., Suk I. et al. Accuracy of freehand pedicle screws in the thoracic and lumbar spine: Analysis of 6816 consecutive screws. Neurosurgery. 2011;68(1):170-178. https://doi.org/10.1227/NEU.0b013e3181fdfaf4.
  7. Tsalafoutas I.A., Tsapaki V., Kaliakmanis A., Pneumaticos S., Tsoronis F., Koulentianos E.D. et al. Estimation of radiation doses to patients and surgeons from various fluoroscopically guided orthopaedic surgeries. Radiat Prot Dosimetry. 2008;128(1):112-119. https://doi.org/10.1093/rpd/ncm234.
  8. Theocharopoulos N., Perisinakis K., Damilakis J., Papadokostakis G., Hadjipavlou A., Gourtsoyiannis N. Occupational exposure from common fluoroscopic projections used in orthopaedic surgery. J Bone Joint Surg Am. 2003;85(9):1698-1703. https:// doi.org/10.2106/00004623-200309000-00007.
  9. Mehlman C.T., DiPasquale T.G. Radiation exposure to the orthopaedic surgical team during fluoroscopy: How far away is far enough? J Orthop Trauma. 1997;11(6):392-398. https://doi.org/10.1097/00005131-199708000-00002.
  10. Junaid M., Afzal A., Kalsoom A., Bukhari S.S. Freehand pedicle screw fixation: A safe recipe for dorsal, lumbar and sacral spine. Pak J Med Sci. 2019;35(3):680-684. https://doi.org/10.12669/pjms.35.3.981.
  11. Kleyweg R.P., Van Der Meché F.G., Schmitz P.I. Interobserver agreement in the assessment of muscle strength and functional abilities in Guillain-Barré syndrome. Muscle Nerve. 1991;14(11):1103-1109. https://doi.org/10.1002/mus.880141111.
  12. Fan Y., Du J.P., Liu J.J., Zhang J.N., Liu S.C., Hao D.J. Radiological and clinical differences among three assisted technologies in pedicle screw fixation of adult degenerative scoliosis. Sci Rep. 2018;8(1):890. https://doi.org/10.1038/s41598-017-19054-7.
  13. Motiei-Langroudi R., Sadeghian H. Assessment of pedicle screw placement accuracy in thoracolumbosacral spine using freehand technique aided by lateral fluoroscopy: Results of postoperative computed tomography in 114 patients. Spine J. 2015;15(4):700-704. https://doi.org/10.1016/j.spinee.2014.12.012.
  14. Chong X.L., Kumar A., Yang E.W., Kaliya-Perumal A.K., Oh J.Y. Incidence of pedicle breach following open and minimally invasive spinal instrumentation: A postoperative CT analysis of 513 pedicle screws. Biomedicine. 2020;10(2):30-35. https:// doi.org/10.37796/2211-8039.1016.
  15. Carrillo F., Esfandiari H., Müller S., von Atzigen M., Massalimova A., Suter D. et al. Surgical process modeling for open spinal surgeries. Front Surg. 2022;8:776945. https://doi.org/10.3389/fsurg.2021.776945.
  16. Karapinar L., Erel N., Ozturk H., Altay T., Kaya A. Pedicle screw placement with a free hand technique in thoracolumbar spine: Is it safe? Clin Spine Surg. 2008;21(1):63-67. https:// doi.org/10.1097/BSD.0b013e3181453dc6.
  17. Fennell V.S., Palejwala S., Skoch J., Stidd D.A., Baaj A.A. Freehand thoracic pedicle screw technique using a uniform entry point and sagittal trajectory for all levels: Preliminary clinical experience. J Neurosurg Spine. 2014;21(5):778-784. https:// doi.org/10.3171/2014.7.SPINE1489.
  18. Laine T., Schlenzka D., Mäkitalo K., Tallroth K., Nolte L.P., Visarius H. Improved accuracy of pedicle screw insertion with computer-assisted surgery: A prospective clinical trial of 30 patients. Spine. 1997;22(11):1254-1258. https://doi.org/10.1097/00007632-199706010-00018.
  19. Amiot L.P., Lang K., Putzier M., Zippel H., Labelle H. Comparative results between conventional and computer-assisted pedicle screw installation in the thoracic, lumbar, and sacral spine. Spine. 2000;25(5):606-614. https:// doi.org/10.1097/00007632-200003010-00012.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Figure 1. Postoperative CT scans assessing the accuracy of pedicle screw placement of: a — a 35-year-old female with L1 fracture post-fixation with T12, showing screws within the pedicle; b — a 43-year-old male with T12 fracture post-fixation with T10, showing a medial breach; c — a 41-year-old female with T7 pathological fracture with T6, vertebra showing a lateral breach

下载 (41KB)
索引源数据
3. Figure 2. Number of screws in each pathology

下载 (82KB)
索引源数据
4. Figure 3. Position of screws in the thoracic spine

下载 (70KB)
索引源数据
5. Figure 4. Position of screws in the lumbar spine

下载 (70KB)
索引源数据

版权所有 © Eco-Vector, 2025

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».