三維可視化虛擬手術(shù)系統(tǒng)在經(jīng)皮內(nèi)鏡下經(jīng)椎間孔椎間盤切除術(shù)中的應用研究*

鞏 陳 吳建明 張文志 劉向陽 石志偉 段端強

(安徽醫(yī)科大學附屬亳州醫(yī)院脊柱外科,亳州 236800)

內(nèi)鏡手術(shù)可治療多種腰椎病變[1～7],包括各種類型腰椎間盤突出癥(lumbar disc herniation,LDH)和腰椎管狹窄癥,其神經(jīng)減壓效果與傳統(tǒng)開放手術(shù)相當[8～10]。內(nèi)鏡腰椎手術(shù)通過幾毫米管道直接進入椎間盤病變部位,避免對正常組織的創(chuàng)傷,術(shù)后慢性背痛減少,醫(yī)源性損傷減少,恢復時間更快,局部麻醉沒有全麻禁忌證和并發(fā)癥。值得注意的是,經(jīng)皮內(nèi)鏡下經(jīng)椎間孔椎間盤切除術(shù)(percutaneous transforaminal endoscopic discectomy,PTED)最大缺點是學習曲線陡峭,基本掌握這種手術(shù)需要做30～40例[11～13],學習曲線陡峭原因是多方面的,通道建立是主要原因之一。理想通道建立非常關(guān)鍵,決定手術(shù)能否順利進行和手術(shù)效果。為建立理想通道,往往需要反復穿刺透視,不僅浪費大量時間,而且增加患者痛苦和手術(shù)風險。為更加準確、快速建立理想通道,我們采用三維可視化虛擬手術(shù)系統(tǒng)(three-dimensional visualization virtual surgery system,3DVVSS)術(shù)前模擬出理想穿刺通道,并把此通道相關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換到患者身上,術(shù)前在患者體表標記出穿刺點、穿刺方向和穿刺角度,在自制椎間孔定位穿刺器(intervertebral foramen positioning puncture device,IFPPD)引導下進行穿刺,旨在提高穿刺成功率,減少穿刺時間和透視次數(shù),并與傳統(tǒng)徒手方法建立通道進行比較,報道如下。

1 臨床資料與方法

1.1 一般資料

本研究為前瞻性隨機對照研究,經(jīng)亳州市人民醫(yī)院倫理委員會審批通過[批文號:(BY)2020-0018]。術(shù)前詳細告知患者和委托人并簽署知情同意書。病例選擇標準:①年齡≥18歲,經(jīng)正規(guī)保守治療3個月無效;②單節(jié)段、單側(cè)癥狀,臨床表現(xiàn)與MRI、CT檢查相吻合;③椎間盤突出類型為旁中央型或旁側(cè)型;④無嚴重基礎(chǔ)疾病,能耐受經(jīng)皮椎間孔鏡手術(shù)。排除標準:①有腰椎該節(jié)段手術(shù)史;②存在腰椎不穩(wěn);③中央型和極外側(cè)型LDH,椎間盤向近端或遠端重度脫出;④L5/S1節(jié)段伴髂嵴位置過高或L5橫突肥大影響通道建立;⑤近期有脊柱活動性感染;⑥隨訪資料不完整;⑦不能正常進行語言交流。

納入2021年1月～2022年2月我院脊柱外科70例LDH,男33例,女37例。年齡21～78歲,(47.8±14.5)歲。70例均有典型的腰椎間盤突出癥的臨床表現(xiàn),即腰痛伴相應節(jié)段坐骨神經(jīng)痛,伴麻木或肌力下降。術(shù)前腰椎正側(cè)位、動力位X線片、CT三維重建和MRI提示腰椎間盤突出,其中L4/545例,L5/S125例,未見腰椎不穩(wěn)表現(xiàn)。合并糖尿病14例,原發(fā)性高血壓18例。采用隨機數(shù)字表選擇通道建立方法,35例采用3DVVSS聯(lián)合IFPPD建立通道(可視化組),35例采用傳統(tǒng)徒手方法建立通道(傳統(tǒng)組)。2組通道建立后采用TESSYS技術(shù)完成椎間盤切除和神經(jīng)根減壓。手術(shù)通道建立由同一年輕醫(yī)生操作,減壓過程由同一高年資醫(yī)生主刀。2組患者一般資料比較無統(tǒng)計學差異(P>0.05),有可比性,見表1。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法

1.2.1 術(shù)前規(guī)劃及自制IFPPD

術(shù)前完善腰椎正側(cè)位片、過伸過屈位片、腰椎椎體及附件CT平掃+三維重建和MRI?？梢暬MCT檢查時采用俯臥位(所用俯臥位墊與術(shù)中相同),并做好體表定位標記。腰椎可視化重建采用人體3DVVSS(安徽紫薇帝星數(shù)字科技有限公司,批文號:皖械注準20182210130),術(shù)中使用Joimax椎間孔鏡和射頻系統(tǒng)(德國Joimax公司,批文號:國械注進20163062585)。

自制IFPPD(專利號:ZL 2022 2 2892514.5):包括固定架、連接桿、量角器、刻度針、導向器和3個關(guān)節(jié)(圖1A、B)。3個關(guān)節(jié)可以360°旋轉(zhuǎn),其中6和7關(guān)節(jié)可以上下滑動調(diào)節(jié)高度,導向器進針一側(cè)設(shè)計成“十字交叉”型,進針方向可以沿8個不同方向微調(diào),出針一側(cè)是小圓形(圖1C)。穿刺時出針圓孔緊貼皮膚進針點,通過微調(diào)進針方向可以有目的調(diào)整穿刺目標,方便術(shù)中微調(diào)穿刺位置。此穿刺器起到固定角度和方向作用,不影響術(shù)中透視。

圖1 自制IFPPD A.示意圖:1-固定架,2-連接桿,3-量角器,4-刻度針,5-導向器,6～8-3個關(guān)節(jié);B.實物圖;C.導向器 圖2 手術(shù)過程 A.CT檢查體位;B.可視化重建結(jié)果,虛擬管道在綠色圓內(nèi),顏色改變處是皮膚進針點位置,藍色圓內(nèi)是重建的體表標記物;C.測量穿刺外展角度;D.確定穿刺方向;E.術(shù)前標記出穿刺參數(shù),紅色圓內(nèi)是進針點位置,綠色箭頭是穿刺方向;F.術(shù)中穿刺;G.自制可透視角度測量器實物圖

1.2.2 手術(shù)方法

1.2.2.1 可視化組

術(shù)前準備:為減少因體位改變而產(chǎn)生誤差,術(shù)前腰椎CT檢查與手術(shù)時間采用同樣體位(圖2A),且所用俯臥位墊是相同的,這樣獲得CT數(shù)據(jù)更加準確。做CT之前在患者腰背部體表進行金屬定位標記,然后利用CT數(shù)據(jù)進行三維可視化重建,將體表標記物完全重建出來。在患者身上用標記筆標出金屬物的皮膚位置,以備術(shù)中參考。64排雙螺旋CT,層厚設(shè)定為1 mm,掃描時包括患者背部全部皮膚,獲取腰椎CT平掃二維數(shù)據(jù)(Dicom3.0格式)。將腰椎CT平掃數(shù)據(jù)導入三維可視化醫(yī)學診斷圖像處理系統(tǒng)中,重建腰椎三維可視化模型,重建內(nèi)容包括神經(jīng)、硬脊膜、皮膚、體表標記物、肌肉、椎間盤、骨組織等,不同組織采用不同顏色標記,易于辨認。建1條直徑7.5 mm虛擬管道及虛擬穿刺針,建立術(shù)前模擬通道,調(diào)整虛擬管道及穿刺針達到理想位置。360°旋轉(zhuǎn)圖像觀察管道與出口神經(jīng)根、上關(guān)節(jié)突和椎間盤位置關(guān)系。以皮膚表面標記物為參考位置,測量術(shù)中皮膚進針點位置,即虛擬穿刺針與皮膚交點(圖2B)。測量虛擬穿刺針與矢狀面角度即術(shù)中穿刺外展角度(圖2C)。根據(jù)模擬穿刺針在體表投影和皮膚表面標記物位置(圖2D),計算出術(shù)中穿刺方向。術(shù)前在患者皮膚表面標記進針點位置、穿刺外展角度和穿刺方向(圖2E),以備術(shù)中直接穿刺所用。

手術(shù)操作:①取俯臥位,利多卡因注射液局部皮膚麻醉,安裝好自制IFPPD,根據(jù)術(shù)前規(guī)劃調(diào)節(jié)好穿刺角度,18G穿刺針從導向器中心沿術(shù)前規(guī)劃的穿刺參數(shù)緩慢進行椎間孔穿刺(圖2F),穿刺針需要平行于刻度針,透視確定進針位置,較理想穿刺位置是在前后位投影中,穿刺目標位于下位椎體上終板線與椎弓根內(nèi)緣連線的交叉點,在側(cè)位投影中,穿刺目標位于下位椎體后緣線與下位椎體上終板線的交叉點[14]。若位置不佳,利用“十字交叉”型導向器微調(diào),再次透視,位置滿意后,注射麻藥行椎間孔區(qū)域麻醉,務必回抽無腦脊液和明顯出血方可注射麻藥。置換導絲后撤掉IFPPD。18G穿刺針沿導絲方向穿刺,注意稍微向背側(cè)穿刺下位椎體上關(guān)節(jié)突,可感到骨性阻擋,這是上關(guān)節(jié)突,注射麻藥行上關(guān)節(jié)突麻醉。最后行腰背筋膜麻醉。②通道建立后按照標準經(jīng)椎間孔內(nèi)鏡脊柱系統(tǒng)(transforaminal endoscopic spine system,TESSYS)完成椎間盤切除和神經(jīng)根減壓。

1.2.2.2 傳統(tǒng)組 穿刺路徑的設(shè)計及通道的建立依靠術(shù)者經(jīng)驗、患者體型、術(shù)前腰椎CT和MRI及術(shù)中透視,椎間隙及穿刺方向采用自制可透視角度測量器(圖2G,專利號:ZL 2021 3 0855068.9)[14]。通道建立完成后,其余步驟與可視化組相同。

1.2.3 術(shù)后處理和隨訪 術(shù)后常規(guī)給予營養(yǎng)神經(jīng)、脫水等治療。術(shù)后常規(guī)嚴格臥床6 h。術(shù)后1個月內(nèi)可以戴腰圍下床行走,避免彎腰和久坐。術(shù)后3個月內(nèi)避免體力勞動。術(shù)后3、6個月門診隨訪,完善腰椎動力位片、CT和MRI。

1.3 觀察指標

穿刺次數(shù)、穿刺時間、透視次數(shù)、疼痛視覺模擬評分(Visual Analogue Scale,VAS)、Oswestry功能障礙指數(shù)(Oswestry Disability Index,ODI)、住院時間、并發(fā)癥和MacNab標準評定療效。

1.4 統(tǒng)計學處理

2 結(jié)果

70例均順利完成手術(shù),無血管損傷大出血、栓塞、神經(jīng)損傷等并發(fā)癥發(fā)生?？梢暬M在穿刺時間、穿刺次數(shù)、透視次數(shù)、手術(shù)時間方面顯著優(yōu)于傳統(tǒng)組(P<0.05),見表2。2組住院時間差異無顯著性(P=0.368)。可視化組一次穿刺成功8例,傳統(tǒng)組2例,差異有統(tǒng)計學意義(χ2=4.200,P=0.040)。術(shù)后6個月MacNab療效優(yōu)良率可視化組94.3%,傳統(tǒng)組91.4%,差異無統(tǒng)計學意義(P=0.562)。典型影像資料見圖3。可視化組隨訪時間(9.5±2.0)月,傳統(tǒng)組(9.3±1.7)月,差異無統(tǒng)計學意義(t=0.651,P=0.517)。2組內(nèi)VAS評分和ODI術(shù)后1 d、6個月與術(shù)前比較明顯改善(均P=0.000),2組間比較VAS評分、ODI差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05),見表3、4。

圖3 男,42歲,L5/S1椎間盤突出癥 A,B.術(shù)前腰椎MRI(矢狀位及軸位)示L5/S1椎間盤突出,硬膜囊明顯受壓,偏左側(cè)突出;C.三維可視化重建結(jié)果;D,E.在自制IFPPD引導下建立工作通道,置入工作通道后正側(cè)位透視位置滿意;F.S1神經(jīng)根腹側(cè)和背側(cè)均減壓徹底;G.術(shù)后半年復查MRI(矢狀位),突出髓核徹底去除,硬膜囊受壓解除

表2 2組手術(shù)情況比較

表3 2組患者VAS評分比較 分

表4 2組患者ODI比較 %

3 討論

3.1 準確穿刺,建立理想通道

準確穿刺是PTED的一個重要步驟,也是手術(shù)成功的關(guān)鍵,可以最大限度地減少穿刺次數(shù)、穿刺損傷和輻射暴露。本研究表明采用3DVVSS結(jié)合自制IFPPD可以提高穿刺準確性、減少透視次數(shù)和縮短穿刺時間。3DVVSS聯(lián)合皮膚表面定位標記方法可以將理想的模擬穿刺參數(shù)準確地轉(zhuǎn)換到患者身上,術(shù)前可以在患者皮膚上標記出進針點、穿刺角度和方向。3DVVSS從三維立體的角度模擬通道建立,比二維CT和MRI更加準確可靠。此系統(tǒng)可以重建出神經(jīng)根,術(shù)前模擬通道建立可以避開出口神經(jīng)根,減少神經(jīng)根穿刺損傷發(fā)生率。對于L5/S1伴有高髂棘或L5橫突較寬大的患者,3DVVSS重建腰椎并模擬置管,可以明確骨性阻擋情況,確定能否置管成功,為手術(shù)方式選擇提供幫助。CT檢查和手術(shù)采用相同體位,相同俯臥位墊子減少誤差。導向器進針一側(cè)設(shè)計成“十字交叉”型,進針方向可以沿8個不同方向微調(diào),出針一側(cè)是小圓形,出針圓孔緊貼著皮膚進針點,通過微調(diào)進針方向可以有目的調(diào)整穿刺目標。另外,自制的IFPPD設(shè)計簡單,使用方面,很容易普及,腰椎三維可視化圖像由專門公司完成,醫(yī)生只需要提供CT數(shù)據(jù)給公司。

3.2 縮短PTED學習曲線措施

PTED的手術(shù)過程包括2個要素:①透視引導下穿刺建立通道;②內(nèi)鏡下椎間盤切除硬膜外減壓術(shù)。這2個步驟都可能發(fā)生限速或手術(shù)困難,需要廣泛的培訓和實踐,以縮短學習曲線。根據(jù)手術(shù)步驟,以下幾個因素影響PETD的學習曲線:①經(jīng)椎間孔穿刺建立通道,要防止出口神經(jīng)根損傷或刺激;②內(nèi)鏡直視下有效神經(jīng)減壓;③術(shù)中不良事件的充分管理,包括出血、硬膜撕裂和術(shù)中疼痛。第一步是通過椎間孔安全地進行后外側(cè)穿刺,避免出口神經(jīng)根損傷。L5/S1椎間孔通常很小,在引入工作套管的過程中可能會損傷出口神經(jīng)根。為避開神經(jīng),著陸點應靠近椎間孔背部和尾側(cè),遠離出口神經(jīng)根。除避免出口神經(jīng)根外,著陸點應靠近硬膜外突出椎間盤,以便更有效地進行后續(xù)減壓。術(shù)前采用有效的定位方法或?qū)Ш降氖褂每梢詼p少手術(shù)時間和輻射暴露[15～19],我們采用三維可視化虛擬手術(shù)系統(tǒng)術(shù)前確定最佳穿刺通道,可以避開出口神經(jīng)根,同時達到靶點穿刺目的,結(jié)合自制椎間孔定位穿刺器使用,結(jié)果證明此方法可以減少穿刺次數(shù)和縮短穿刺時間,明顯減少輻射暴露,有利于縮短學習曲線。第2個限速步驟是使用內(nèi)鏡器械進行內(nèi)鏡椎間盤切除和減壓。必須熟悉內(nèi)鏡下組織辨認和設(shè)備使用。主刀醫(yī)生應區(qū)分解剖層次,包括硬膜囊、硬膜外間隙、突出的椎間盤、后縱韌帶和椎間盤。其次,根據(jù)解剖層對神經(jīng)根粘連松解和減壓是成功的關(guān)鍵。最后,應妥善處理術(shù)中遇到的出血、硬膜撕裂、粘連和疼痛。手術(shù)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)骨面出血,這種出血會使手術(shù)視野模糊,影響有效的減壓,可以采用射頻消融或骨蠟止血。有時患者會抱怨劇烈疼痛或因各種原因引起的不適,在手術(shù)過程中應采取適當?shù)逆?zhèn)靜和疼痛控制措施。另外,L4/5節(jié)段手術(shù)時間比L5/S1節(jié)段短,因為L4/5節(jié)段椎間孔較大,穿刺通道更加容易建立,初學者首先選擇L4/L5節(jié)段。Ao等[20]通過對比研究表明采用O-Arm輔助下導航系統(tǒng)可以改善經(jīng)皮內(nèi)鏡腰椎間盤切除術(shù)的學習曲線,使用導航技術(shù),醫(yī)生要達到相對穩(wěn)定的熟練狀態(tài)僅需要13例,而使用常規(guī)技術(shù)需要32例。我們采用3DVVSS聯(lián)合IFPPD建立通道,通道建立時間、穿刺次數(shù),透視次數(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)方法。此方法在一定程度上縮短了學習曲線。

3.3 經(jīng)驗體會

①環(huán)鋸行椎間孔成形,開始磨骨質(zhì)時容易發(fā)生環(huán)鋸滑移,導致磨除骨質(zhì)過少和位置不當,建議開始磨骨質(zhì)時采用逆時針旋轉(zhuǎn)環(huán)鋸,助手固定保護套管,等環(huán)鋸進入一定深度后再采用順時針旋轉(zhuǎn)環(huán)鋸,這樣可以避免環(huán)鋸滑移發(fā)生。②首次關(guān)節(jié)突成形位置非常關(guān)鍵,對于初學者來說,經(jīng)驗不足容易出現(xiàn)首次關(guān)節(jié)突成形位置不理想,往往需要再次甚至多次關(guān)節(jié)突成形,因骨組織出血不易止血,鏡下模糊增加手術(shù)難度和神經(jīng)損傷風險。建議環(huán)鋸進入少量骨質(zhì)時透視一次,確定環(huán)鋸位置是否滿意,如果不滿意進行適當調(diào)整位置,這樣可以減少骨組織出血,降低手術(shù)難度,也避免去除過多骨組織。③當置入擴張管過程中,如果患者主訴腿部有癥狀,考慮出口神經(jīng)根收到擠壓或者刺激,不要強行置入擴張管,否則可能造成出口根損傷。建議將穿刺目標適當向尾側(cè)移動,這樣可以避開出口根。④對于肥胖患者腰椎CT掃描時,不能按照常規(guī)范圍掃描,因為常規(guī)范圍掃描不能包括腰背部全部皮膚,這樣三維可視化重建結(jié)果會影響穿刺參數(shù)測量,需要告知影像科醫(yī)生CT掃描范圍要包括腰背部全部皮膚。

既往有較多關(guān)于穿刺技術(shù)的研究,比如電磁導航、3D打印導航套管、機器人導航、混合現(xiàn)實技術(shù)等,這些設(shè)備昂貴且技術(shù)要求高,增加患者住院費用,很難短時間內(nèi)普及。我們采用技術(shù)設(shè)備簡單,費用低,技術(shù)容易掌握,一個人便可以操作,易于推廣,另外,三維可視化可以清晰重建出口神經(jīng)根,如果進行血管造影也可以重建血管,因此,術(shù)前置管可以避開神經(jīng)和血管,減少損傷風險,有一定臨床應用價值。本研究的不足之處是單中心研究,樣本量較少,隨訪時間較短,應進行多中心、大量本、長時間隨訪研究。術(shù)中對患者體位要求較高,因為穿刺外展角度與患者體位有很大關(guān)系,術(shù)中盡量保證患者棘突所在平面垂直于地平面。另外,固定架較大且笨重,搬運及使用不方便,可以改成小巧的,直接固定在手術(shù)床上。

總之,本研究顯示PTED治療LDH采用3DVVSS聯(lián)合自制IFPPD可以減少穿刺次數(shù)、透視次數(shù),縮短穿刺時間和手術(shù)時間,穿刺準確性高,手術(shù)效果滿意,這種方法是可行的。