CT三維重建與定位器聯(lián)合應用提高椎間孔鏡穿刺準確性

陳巧鳳，盧天祥，楊小明

泉州市第一醫(yī)院骨科，福建 泉州362000

經(jīng)皮內(nèi)窺鏡下腰椎髓核摘除術（PELD）近年來發(fā)展迅速的新技術［1］，它能有效解決椎間盤突出癥、椎管狹窄癥、腰椎退行性變等腰部疾病，具有對人體解剖結構損傷小、出血少、術后恢復快等優(yōu)點［2-3］。但是椎間孔鏡手術由于操作空間狹小，操作范圍重要解剖結構多，對于術前的定位技術提出了很高的要求。由于體表解剖標志少，椎間孔鏡手術術前需要進行體表定位以及反復穿刺，不但費時費力，而且增加了醫(yī)師和患者接受X射線透視次數(shù)，有時是醫(yī)源性損傷的原因。與開放手術相比，PELD具有更小的操作區(qū)域，因此手術是否成功取決于工作管插入的準確性。不合適的工作通道位置導致突出椎間盤髓核不能完全取出，并可能導致嚴重的并發(fā)癥，如神經(jīng)和血管損傷。因此尋求一種操作簡單、透視次數(shù)少、準確率高的定位方法，擁有易于操作的定位工具一直是臨床醫(yī)師所需要的。尤其是對于年輕醫(yī)師來說，掌握好簡便的定位方法就可以大大縮短學習曲線，減少手術并發(fā)癥［4］。

Mimics軟件是一套高度整合而且易用的3D圖像生成及編輯處理軟件，通過輸入計算機斷層成像CT或磁共振MRI掃描數(shù)據(jù)，它能建立3D模型并進行編輯，其中的手術模擬模塊是手術模擬應用的平臺，可用人體測量分析模板進行細部的數(shù)據(jù)分析，模擬手術操作過程，保證手術過程的個體化和準確性［5-6］。本研究利用Mimics軟件模擬手術操作，確定術前穿刺的位置及角度，利用所設計的腰椎間孔鏡體外穿刺定位器，在術前確定穿刺的位置及角度，完成椎間孔鏡的定位及穿刺工作，希望能解決腰椎微創(chuàng)技術定位難題，提高操作的準確性。

目前，有許多學者對如何提高椎間孔鏡穿刺準確性做了許多嘗試。有研究采用同心球原理設計了圓弧形椎間孔鏡定位器，提高了穿刺的準確性［7］，但其應用的是二維空間原理，在三維空間上操作上作用相對有限，而且體積相對較大，組裝相對復雜。也有學者有利用導航技術進行穿刺過程的引導，發(fā)現(xiàn)椎間孔穿刺技術的準確性大大提高［8］，但是操作過程中需要不斷接受射線的輻射，導航設備價格昂貴，輻射劑量較大，對患者和醫(yī)護人員傷害較大。導航技術操作復雜，價格昂貴，在日常手術及基層醫(yī)院難以推廣應用。超聲體積導航（UVN）已廣泛用于精確引導和減少輻射暴露，并已經(jīng)有應用于經(jīng)皮椎間孔內(nèi)鏡下椎間盤切除術的報道［9］，但我們認為超聲二維圖像不能完全反應椎間孔的三維空間形態(tài)，超聲圖像的辨讀需要一定的經(jīng)驗累積，而且手術臺旁已有許多設備，有限空間內(nèi)還架設其他設備，對操作者的手術進行有一定干擾。數(shù)字醫(yī)學在醫(yī)學領域已經(jīng)得到廣泛應用，它的可視化操作可以直觀地了解手術過程，也為我們所設計的椎間孔瞄準器應用提供理論論據(jù)。我們設計的椎間孔瞄準器輕巧，操作簡便，希望能提高臨床操作的準確性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究共納入22例患者，其中男性12例、女性10例，年齡24～75歲，平均65歲。納入標準：患者主訴單側下肢放射痛或麻木等神經(jīng)根受壓的癥狀；有完整的術前影像學資料，椎間盤突出癥狀與體征相符；經(jīng)嚴格保守治療3月后癥狀無明顯緩解或進行性加重者；術前均簽訂知情同意書。排除標準：合并嚴重腰椎管狹窄（椎管直徑＜7 mm）；椎間盤有明顯鈣化、腰椎失穩(wěn)、滑脫及畸形；明確椎間盤脫出、游離型椎間盤且術前測量，提示無法從同側椎間孔進行操作；術前有巨大椎間盤，椎管占位嚴重，影像學上評估椎管內(nèi)無代償間隙；腰5/骶1椎間盤突出，術前估計無法經(jīng)椎間孔入路取出髓核，而需行椎板間入路進行手術者；腋下型椎間盤突出癥患者。

將腰椎間盤突出癥手術組分為定位器使用組（12人）和常規(guī)手術組（10人），定位器使用組（術中應用定位器）由經(jīng)驗豐富的熟練操作者進行穿刺置管者（50臺以上手術經(jīng)歷）6人，由初學者（5臺以上手術經(jīng)歷）穿刺置管者6人；常規(guī)手術組熟練操作者和初學者各5人，鏡下操作均由經(jīng)驗豐富的手術操作者進行。

1.2 經(jīng)皮腰椎間孔側路鏡穿刺定位器（專利號：ZL 0587324.9）

底座呈3/4圓形，平面部分用于緊貼皮膚。底座長約8 cm，中間容納延長桿。延長桿至上而下標有刻度，可在底座內(nèi)自由拔伸。底座頂部有360°刻度盤，延長桿可在底座中間任意旋轉。擰緊螺帽可完成長度和角度固定（圖1）。延長桿兩側開槽，伸展桿通過頂部與延長桿連接，延長桿頂部有刻度，銷釘卯壓，伸展桿可在延長桿中間自由來回擺動。

1.3 術前測量

1.3.1 影像學資料采集 術前試驗組進行腰椎、腰椎間盤CT平掃。采用64排螺旋CT進行腰椎連續(xù)斷層掃描，掃描范圍為病變椎間盤上下共3個節(jié)段的椎體和椎間盤。CT掃描參數(shù)：掃描層厚0.625 mm，掃描層間隔0.625 mm?；颊呔捎酶┡P位并臥于腰椎手術體位墊上，身體正中矢狀面垂直于床面并重合于床面中線，盡可能使身體背部接近水平。

1.3.2 腰椎、椎間盤數(shù)字重建 將患者腰椎CT掃描數(shù)據(jù)以Dicom格式轉入計算機保存，并導入Mimics19.0軟件，進行閾值分割，3D重建，模擬手術操作。觀察穿刺針進入途徑，目標位置，途中需磨除骨質(zhì)及穿刺針在皮膚的穿刺點。建立脊柱椎體矢狀面，目標椎間盤下位椎體上終板水平為水平面。測量皮膚穿刺點與矢狀面、水平面的距離以及穿刺針與矢狀面、水平面的夾角（圖2）。

1.4 手術操作

1.4.1 定位器使用組 （1）手術中患者采用與檢查時一樣的俯臥體位，按照術前測定的穿刺點及穿刺角度在體表做好標記；（2）術前擺好C型臂X光機，使得C臂的投射方向與下位椎體上終板重合；（3）擺動伸展桿，將伸展桿與延長桿之間的角度固定于α（穿刺針與水平狀面夾角即穿刺針與C臂投射方向夾角）；底座與伸展桿角度固定于β（穿刺針與矢狀面夾角），旋緊螺帽和銷釘；（4）將定位器的平面部分緊貼皮膚并垂直于中軸線。伸展桿的尾端置于進針點處（圖3）。

1.4.2 常規(guī)手術組 （1）畫棘突中線A，從棘突的體表線向患側旁開一定距離畫1條與棘突線平行的線B。旁開的距離，L5-S1約12～14 cm，L4～5約11～13 cm，L3～4約9～10 cm；（2）多根平行克氏針置于體表，透視下確定穿刺角度方向。穿刺位置：側位X線上取上關節(jié)突尖部至下位椎體的后上角連線，正位X線上穿刺點為上關節(jié)突尖部或肩部。參照穿刺靶點的位置調(diào)整好頭尾角和外展角，確定進針線路C。線C與線B交點為進針點；（3）第一著陸點：透視正位穿刺針位于椎弓根外側緣，側位穿刺針位于上關節(jié)突尖或肩部；第二著陸點：經(jīng)過穿刺針的引導，最終鞘管置管尖位置正位應于椎弓根內(nèi)緣和棘突之間，側位位于下位椎體后上緣；（4）根據(jù)進針方向進行遂級擴孔，進行置管，完成接下來髓核摘除手術，并計算到達第一著陸點、第二著陸點的透視次數(shù)和時間。

1.5 統(tǒng)計學方法

研究數(shù)據(jù)采用SPSS19.0統(tǒng)計學軟件處理，數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差表示，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

實驗結果顯示，借助術前mimics軟件的重建和評估，同時使用椎間孔鏡定位器，可減少初學者和操作熟練者穿刺到第一著陸點的時間和透視次數(shù)；減少初學者從第一著陸點置管到第二著陸點的時間和透視次數(shù)；初學者減少穿刺到第一著陸點的時間和次數(shù)比熟練者明顯；初學者無論是否借助定位器，在操作第一著陸點到第二著陸點時間和透視次數(shù)，均比熟練者多（表1）。

表1 椎間孔鏡側路椎間盤髓核摘除術各組操作時間及透視次數(shù)比較（Mean±SD）Tab.1 Comparison of operation time and fluoroscopy times in each group of intervertebral discectomy with foraminal lateral approach

3 討論

經(jīng)皮椎間孔鏡的后外側入路是由Kambin、Sampson、Yeung、Tsou、Hijikata等操作過程中遂漸確定下來的［10-12］，它為廣大患者提供微創(chuàng)、快速康復的手術途徑。椎間孔鏡技術操作可分為穿刺、置管階段和內(nèi)鏡直視下減壓階段，射線暴露主要發(fā)生在第一階段。椎間孔鏡手術操作一定程度上需依靠術中C型臂X光機的透視，過多射線的暴露會增加患者及醫(yī)護人員患實體腫瘤、血液系統(tǒng)腫瘤及白內(nèi)障等的幾率［13-15］，故減少穿刺次數(shù)和操作時間，是對醫(yī)護人員和患者的保護。但是，臨床上常用的C型臂X光機的定位方法只有正位及側位，屬于二維定位方法，穿刺的精準程度只能依靠臨床醫(yī)生的經(jīng)驗，準確度不高。穿刺次數(shù)的增加會增加了感染、損傷血管神經(jīng)、損傷腹腔臟器等可能性，穿刺角度及深度不對，可能突出髓核無法完全摘除，神經(jīng)根壓迫無法完全解除，甚至造成硬膜囊損傷風險［16-17］。

椎間孔側路鏡手術操作強調(diào)靶向治療，椎間盤突出的類型不同，患者的體型、高矮胖瘦不同，術中穿刺的位置和角度也不同，需要制定個性化的靶點治療方案。經(jīng)皮椎間孔側路鏡操作分為兩大步驟：穿刺和放置套管、鏡下操作。定位器作用是引導完成第一步驟，即準確地進行穿刺，放置套管，為進一步的鏡下減壓做準備。穿刺的最終目的是將工作套管置于所要工作的地方，由于目前所有的工作套管及在套管內(nèi)工作的抓鉗均為硬質(zhì)材料，不能隨意扭曲折彎，所以套管的頭端務必直接到達突出髓核的部位，或者到達主要狹窄的部位，即“靶向穿刺”。定位器的穿刺目標直指靶向目標，目標明確，導針可以直接到達第一著陸點，并且通過對椎間孔的成形，分級磨鉆及套管可通過第一著陸點到達第二著陸點，即靶點目標。經(jīng)過術前的測量，可知導針通過路徑，明確導針及導桿碰到的骨性阻擋是否可以通過骨鉆磨削處理，通過的路徑是否容易損傷神經(jīng)組織。實驗中可見初學者借助定位器和術前的測量定位，可減少穿刺到第一著陸點，以及第一著陸點到第二著陸點的時間和透視次數(shù)，定位器可同時提高第一著陸點到第二著陸點的準確性。定位器使用組中定位器對操作熟練者提高手術操作的速度有一定幫助，但幫助不顯著?？梢娮甸g孔鏡的操作是需要一定的經(jīng)驗，借助定位器以及術前的圖像重建分析可減少椎間孔鏡初學者學習曲線。

目前關于椎間孔鏡的體外定位器報道很少，有研究曾報道過他們設計的體外瞄準器［7］，患者術前經(jīng)C型臂X光機體表定位后，在手術床上架設弧形瞄準器，在弧形架上兩個不同位置指示燈同時指向中心點即目標靶點，滑動弧形架上的導向器就可以直指靶點。本研究認為首先在二維圖像上確定進針方向和靶點存在著不準確性，而且C型臂X光機透視僅提供骨性結構影像，對于突出的髓核組織的位置并無法顯示，所以有可能導致術中穿刺針的定位和開口位置并不十分準確，并且影響第二著陸點的操作。

有研究發(fā)現(xiàn)，通過術前腰椎模型和3D切片平臺學習椎間孔的穿刺路徑，可以明顯縮短穿刺時間、手術時間和透視時間［18］?？梢娦g前通過脊柱三維空間的研究，可以加強術者的三維空間感覺，但在實驗操作中，因為沒有固定方向的導向器以及患者體位改變出現(xiàn)穿刺方向和目標會出現(xiàn)術前計劃偏差。有研究開發(fā)椎間孔鏡術前VR系統(tǒng)，通過術中虛擬現(xiàn)實驗操作可以提高孔鏡穿刺位點和方向準確性，減少輻射暴露，操作時間和學習曲線［19］，但這種VR系統(tǒng)不可能在基層得到普及。Qin等［20］設計的熒光透視的導航系統(tǒng)與本研究設計原理的相似之處在3D打印技術的基礎上，導針通過熒光透視到術前既定目標上，完成定位，我們術前算好穿刺點及手術目標，并鎖定導向器的角度和距離，手術操作更為簡便。數(shù)字醫(yī)學與臨床導向的應用能夠提高手術準確率。

術前的圖像重建分析可明確患者的脊柱及周圍組織的解剖結構，明確手術導針的進針方向、目標位置及方向，但可能因患者的體位變動而發(fā)生改變，為了克服這個缺點，讓患者術前檢查俯臥位于體位墊上，并將體位墊的突出結構做好標識，與這此標識接觸的人體體表解剖結構同時做好標記。術中患者采用同一俯臥體位，體表解剖標記仍與體位墊上標識重合，盡量減少誤差。實驗結果顯示術前的準備工作以及評價判斷確實可以提高穿刺的準確性，但是還存在一些誤差，可能與體位微小變動有關。本實驗定位器只是完成椎間孔鏡操作的第一步，即定位及經(jīng)椎間孔置管，它明顯縮短手術時間，減少透視次數(shù)。但是鏡下操作，無論是椎間盤突出還是椎管狹窄，鏡下結構復雜，病情各異，主要是根據(jù)操作者的臨床經(jīng)驗，所以鏡下操作都由操作熟練者處理。如何快速提高初學者的鏡下操作水平，尚需尋求其他辦法。在椎間孔成形操作中還可能出現(xiàn)環(huán)據(jù)的打滑，以至通道建立的失敗。如果定位器可以各分級套管同時配套使用，那定位器的使用就更有意義。以上這些問題也是日后工作需要改進的地方。

綜上所述，與三維重建技術相結合，經(jīng)皮椎間孔側路鏡體外穿刺定位器可縮短椎間孔鏡側路鏡操作過程中定位、置管操作時間，減少手術透視時間和次數(shù)，有助于初學者減少椎間孔鏡的學習時間和學習曲線，值得臨床上應用。