基于医学影像信息系统的精确术前规划实施经皮椎体后凸成形术治疗椎体脆性骨折效果研究

温立，王胜利，葛站勇

本研究价值：

本研究组充分利用医学影像信息系统（PACS）自带的图像处理功能，在术前精确规划手术操作步骤，手术时按图索骥来减少射线应用次数，获得良好的治疗效果。术前精确规划这一思路可以引申到在没有PACS 的医疗机构可以在CT 或MRI 胶片上进行测量，利用胶片上所设比例进行计算亦可以得到各项数据，进而达到经皮椎体后凸成形术（PKP）时减少射线用量的效果。

随着人口的老龄化，骨质疏松症患者在人群中所占的比例越来越大，骨质疏松症合并胸腰椎椎体脆性骨折的患者也逐年增多。椎体脆性骨折患者如果进行保守治疗，则需卧床并进行腰背肌功能锻炼至少3 个月才能下地活动，而经皮椎体后凸成形术（PKP）可以通过微创的方式，将骨水泥注射在骨折的椎体，为椎体提供即时的稳定性，迅速缓解腰背痛，术后第2 天患者就可以下地活动，避免了老年人长期卧床的各种并发症，已为广大患者接受［1-2］。但传统的PKP 完全依赖于术中C 型臂透视来确定椎体的进针点和进针角度，手术过程由于频繁地进行X 线透视，不仅使手术时间延长，还极大增加了放射线对患者及术者的辐射损害。为了减少手术过程中的辐射量，本研究基于天津市津南医院的具有数据接收、图像处理、测量等功能的医学影像信息系统（PACS）建立了一套精确术前规划操作程序，可标准化手术操作、简化手术步骤、提高定位精度、减少透视次数、缩短手术时间，取得了满意疗效，现报道如下。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2018 年3 月—2019 年6 月于天津市津南医院行PKP 的椎体脆性骨折患者58 例为研究对象。其中男20 例，女38 例；年龄60～82 岁，平均（70.0±6.1）岁；病程1～15 d，平均（7.0±2.6）d；骨折情况：单椎体骨折55 例（T11骨折7 例，T12骨折12 例，L1骨 折17 例，L2骨 折13 例，L3骨 折6 例），2 个 椎体骨折3 例（L3与T8骨折1 例，T12与L1骨折1 例，L1与L3骨折1 例），共累及61 个椎体；病史：跌倒创伤史43 例，搬重物史6 例，无明显创伤史9 例。纳入标准：（1）骨折无脊髓、神经损伤合并症；（2）年龄＞60 岁；（3）轻微外力作用下发生的新鲜椎体压缩性骨折。排除标准：（1）椎体高度受压超过75%；（2）骨折累及椎体后壁及骨折片压迫椎管内结构；（3）凝血功能障碍；（4）肝肾等脏器有严重器质性病变。

采用随机数字表法将患者分为试验组和对照组，各29 例。本研究已通过天津市津南医院伦理委员会批准，患者均知情同意。

1.2 方法 所有患者术前常规行胸腰椎正侧位X 线、MRI 及CT 检查。其中X 线检查用于明确椎体压缩的程度，MRI 检查用于明确有无隐匿性骨折及有无椎间盘突出或神经损伤，CT 检查用于明确椎体骨皮质特别是后壁骨皮质是否完整。

1.2.1 手术方法 患有内科疾病的患者经有效控制后再行PKP。两组手术均采用双侧入路。

1.2.1.1 试验组 试验组术前在PACS 上进行精确规划，具体测量步骤如下：a 责任椎体椎弓根的精确定位：以L4/5棘突间隙为参照点，在CT 矢状位定位像上测量责任椎体椎弓根中上1/3 至L4/5棘突间隙的距离（见图1a）；b 进针路线及进针角度：在CT 轴面上画出穿刺路线，即经椎弓根中心达椎体前1/3 处，测量穿刺路线与经过棘突中线的夹角为进针角度（见图1b）；c 在轴面上测量进针路线与皮肤交点与经棘突中线的垂直距离；d 进针深度：进针路线与皮肤交点至椎管后缘 2～3 mm 的距离。

试验组手术专用工具包括测量钢尺（手术前体表定位时用，不需消毒）、金属角度规（无菌消毒）、上海凯利泰医疗科技股份有限公司无菌包装一次性手术器械（均带有刻度）。（1）体位：俯卧位，腹部悬空以利于骨折椎体体位复位。（2）L4/5棘突间隙中点的确定：通过阅读X 线片可确定L4/5棘突间隙中点与两侧髂棘连线水平相对位置，双手触诊双侧髂棘的连线与身体后正中线的交点即为L4/5棘突间隙中点（腰麻或硬膜外麻醉常用的手法），做标记（见图2a）。（3）进针点的确定：根据步骤a 测量的数值，利用测量钢尺确定责任椎体椎弓根高度并于棘突连线上做标记（见图2b），在此标记水平处根据步骤c 测量的数值，利用测量钢尺确定经皮进针点并做标记（见图2c），且于标记处放置简易参照物透视1 次，以进一步微调进针点，并用粗线做标记。（4）进针角度及进针深度的确定：消毒，铺巾，开始手术；选用长注射针头于进针点凭借金属角度规按照步骤b 所测量的进针角度进针并进行局部麻醉，应用穿刺针凭借金属角度规（金属角度规底面应与患者躯干平面平行且垂直于棘突连线，金属角度规中点应位于进针点处，见图2d）按照进针角度抵达责任椎体表面，轻轻敲击穿刺针进入骨皮质，透视2 次（正侧位），以确定穿刺针相对于椎弓根的穿刺部位及头尾倾（微调），维持进针角度继续敲击穿刺针依照步骤d 测量的数值观察穿刺针上自带刻度以了解进针深度并间断询问患者双下肢情况。抽出穿刺针内芯，置入导针，拔出穿刺针，沿导针置入工作套管，并观察工作套管的刻度以了解进针深度是否抵达椎管后缘2～3 mm 的距离，经工作套管缓慢拧入精细钻并观察其刻度（进针路线与皮肤交点至骨水泥注射靶区的距离）至注射靶区。（5）置入球囊：置入球囊扩张支架，透视观察球囊扩张容积及椎体复位情况。从手术开始至此时透视次数一般约5 次即可（见图2e）。视球囊扩张容积将适量处于拉丝期的骨水泥间断低压注入椎体，注射量3～5 ml，注射过程中适时透视，创可贴包扎针道。

1.2.1.2 对照组 对照组手术专用工具为上海凯利泰医疗科技股份有限公司无菌包装一次性手术器械（均带有刻度）。采用传统的操作步骤：患者俯卧，腹部悬空以利于骨折椎体体位复位；通过触摸棘突确定责任椎体大概位置，标记，应用栅格网覆盖标记区，采用C 型臂透视进一步精确定位责任椎体椎弓根，再次标记椎弓根进针点并确定责任椎体（此过程透视次数至少3次），消毒，铺无菌单，局部麻醉，在正位X 线透视下，首先将穿刺针尖置于双侧椎弓根的外上缘，左侧为10：00、右侧为2：00 的位置，根据不同手术节段和骨折类型，选择恰当的穿刺点和穿刺方向，缓慢地锤击穿刺针。当正位透视穿刺针针尖位于椎弓根影的中线时，侧位透视穿刺针针尖应该抵达椎弓根影前后径的1/2。继续锤击进针，当正位透视穿刺针针尖接近椎弓根影的内侧缘时，侧位透视针尖应抵达椎体后壁，然后继续进针2～3 mm完成穿刺（此过程透视次数至少6 次），并观察穿刺针进入深度。置入导针拔出穿刺针，沿导针置入工作套管，进入深度为穿刺针进入深度，拔出导针，将精细钻置入工作套管中，缓慢地钻入椎体，当侧位透视像上显示钻头尖已到达距离椎体前缘5～10 mm 时，旋出精细钻（此过程透视次数至少1 次）。使用带芯的骨水泥推杆将骨道夯平，然后置入可扩张球囊支架，透视观察球囊扩张容积及椎体复位情况（此过程透视次数至少2 次），后期注入骨水泥等情况与试验组相同。

1.2.2 术后处理 患者术后平卧6 h，监测其生命体征。术后第1 天可在腰部支具保护下站立行走，复查胸腰椎X 线。术后常规应用唑来膦酸5 mg 静脉滴注并应用钙剂及维生素D 治疗。术后第3～4 天出院。

1.3 观察指标

图1 术前在PACS 上进行精确规划的方法Figure 1 A method for precise preoperative planning based on PACS

图2 基于PACS 的精确术前规划实施PKP 的操作过程Figure 2 Process of PKP operation with preoperative precise planning

1.3.1 手术指标 手术前后分别采用视觉模拟评分法（VAS）评估腰背部疼痛情况，记录并比较两组术前、术后VAS 评分。观察并比较两组椎体前缘恢复高度、椎体中部恢复高度、手术时间（从摆好俯卧位至注射最后一管骨水泥的时间）、术中透视次数（从术前皮肤定位至注射最后一管骨水泥期间的透视次数）。

1.3.2 并发症发生情况 记录两组并发症发生情况，包括椎管内硬膜外渗漏、神经孔渗漏、椎间盘渗漏、脊柱旁软组织渗漏、椎旁静脉渗漏、穿刺针道渗漏等。

1.4 统计学方法 应用SPSS 19.0 统计学软件进行数据处理。计量资料以（）表示，两组间比较采用两独立样本t 检验，手术前后比较采用配对t 检验；计数资料以相对数表示，组间比较采用χ2检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况 试验组单椎体骨折28 例（其中T11骨折3 例，T12骨折5 例，L1骨折8 例，L2骨折8 例，L3骨折4 例），2 个椎体骨折1 例（L3与T8骨折1 例），共累及30 个椎体。对照组单椎体骨折27 例（其中T11骨折4 例，T12骨折7 例，L1骨折9 例，L2骨折5 例，L3骨折2 例），2 个椎体骨折2 例（其中T12与L1骨折1 例，L1与L3骨折1 例），共累及31 个椎体。两组性别、年龄、病程、骨折情况、病史比较，差异无统计学意义（P＞0.05，见表1）。

2.2 两组手术指标比较 两组术前、术后VAS 评分及椎体前缘恢复高度、椎体中部恢复高度比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；试验组手术时间短于对照组，术中透视次数少于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。对照组、试验组术后VAS 评分均低于本组术前，差异有统计学意义（P＜0.05，见表2）。

2.3 两组并发症发生情况 试验组累及的30 个椎体中，1 个椎体发生椎间盘渗漏，1 个椎体发生脊柱旁软组织渗漏，并发症发生率为6.7%（2/30）；对照组累及的31 个椎体中，1 个椎体发生椎间盘渗漏，1 个椎体发生脊柱旁软组织渗漏，1 个椎体发生椎旁静脉渗漏，并发症发生率为9.7%（3/31）。两组并发症发生率比较，差异无统计学意义（χ2=0.001，P=0.969）。

3 讨论

在X 线引导下的PKP 具有创伤小、恢复快、对患者心肺功能影响小等优点，可获得良好的临床疗效［3］。目前越来越多的学者主张椎体脆性骨折不必保守治疗，一旦明确诊断即可尽快行经皮椎体成形术或PKP 治疗［4-5］。由于老年患者胸腰椎常发生骨质增生，形成大量骨赘，在C 型臂透视下往往显影不清。另外，多个椎体脆性骨折需连续透视，才能确定安全、有效的穿刺点，因此手术时间长，增加了患者及术者暴露于辐射的时间，也增加了反复穿刺的副损伤［6］。

近年来，对于椎体成形术中手术医生X 线暴露的研究日益增多［7］。有研究显示，椎体成形术是所有骨科手术中医生放射线暴露最多的手术，约占总体放射量的90%［8］。研究发现无保护措施下，手术医生在完成34 例经皮椎体成形术或PKP 后即达到了规定允许的1年的暴露量［9］。很多学者探索采用不同的方法进行经皮椎体成形术，以期降低辐射剂量［10-11］。孙旗等［10］采用三维影像导航实施经皮椎体成形术，在多节段椎体压缩骨折患者中，能显著缩短手术时间，但术中使用的透视设备昂贵，推广起来比较困难。林吉生等［11］报道一种基于CT 术前数字化设计辅助经皮椎体成形术的新技术，操作规程包括术前定位模拟经皮椎体成形术（需要建立椎体压缩骨折三维有限元模型）、术中匹配及真实手术，相较于传统经皮椎体成形术，有利于缩短手术时间和减少术中放射暴露，但其术前准备过程繁琐复杂，特别是还要建立有限元模型，根本无法推广应用。为此，本研究在术前必查的CT、MRI 取得的数据基础上，利用在各医疗机构已逐渐普及的PACS进行术前精确规划，以降低医生、患者所受的辐射剂量及缩短手术时间，且不增加患者医疗费用。

表2 两组手术指标比较（）Table 2 Comparison of surgical indices between the two groups

注：与本组术前比较，aP＜0.05；VAS=视觉模拟评分法

组别 例数 VAS 评分（分） 椎体前缘恢复高度（mm）术中透视次数（次）术前 术后椎体中部恢复高度（mm）手术时间（min）对照组 29 7.45±0.68 2.40±0.49a 3.3±1.1 3.0±1.1 35.6±6.9 22.1±3.8试验组 29 7.55±0.66 2.30±0.46a 3.5±1.0 3.2±0.8 20.4±5.8 11.2±3.2 t 值 -0.568 0.801 -0.724 -0.729 9.081 11.816 P 值 0.572 0.426 0.472 0.432 ＜0.001 ＜0.001

本研究结果显示，对照组、试验组术后VAS 评分均低于本组术前，提示PKP 具有良好的止痛效果以及快速恢复患者活动能力等优势，且基于PACS 的精确术前规划实施PKP 可以达到和传统手术方法相同的效果。试验组手术时间短于对照组，术中透视次数少于对照组，提示基于PACS 的精确术前规划实施PKP 较传统手术方法具有显著的优势，手术更加精确、简练、快速并能有效降低辐射量。两组并发症发生率无差异，提示基于PACS 的精确术前规划实施PKP 较传统手术方法并未增加患者的手术风险，操作安全有效。本研究目的与孙旗等［10］、林吉生等［11］一致，所获得的结果亦相近，但设计思路截然不同，辅助工具更是大相径庭，且没有增加额外的医疗费用。

本研究组充分运用PACS，术前在CT 或MRI 影像上测量数值进行精确规划，包括：（1）能够在皮肤表面精确画出责任椎体椎弓根进针点的位置，即使多椎体也能一次性定位；（2）术中责任椎体进针角度也能精确规划出来，并采用金属角度规实施，而不需要透视。专用手术工具除了带有刻度的无菌包装一次性手术器械以外，仅增加了测量钢尺以及金属角度规，简化了椎体成形术治疗椎体骨折的流程、缩短了手术时间、减少了透视次数。本操作程序需要3 个步骤进行精确定位，而几乎不需透视。第一步即是确定L4/5棘突间隙，是简化流程、减少透视次数的起始点。L4/5棘突间隙中点常与髂棘水平连线平齐，且其间隙较大，为腰椎生理前凸主要形成部位，通过阅读X 线片可确定L4/5棘突间隙中点与两侧髂棘连线水平相对位置。第二步是在CT 矢状位图像或MRI 图像上可以测量出L4/5棘突间隙到责任椎体的距离，再用测量钢尺在皮肤表面测量即可定位责任椎体椎弓根体表投影，而不需要透视。这个方法尤其是适合多椎体骨折患者或腰椎合并胸椎骨折跨度较大者以及肥胖患者，避开了应用大面积网格式定位器所致显影混乱、责任椎体辨认困难的局面，同时避开了C 型臂透视视野容纳椎体个数有限、需再次或多次透视才能确认责任椎体的弊端。采用本研究方法责任椎体穿刺点定位仅需1 次透视，与传统方法比较透视次数至少减少2 次。第三步是术中应用金属角度规确定穿刺方向。依据术前PACS 中轴位像测量得到的进针角度数据在皮肤表面采用金属角度规确定进针角度，金属角度规底面与患者躯干平面平行且垂直于棘突连线，金属角度规中心点置于进针点处，穿刺针根据金属角度规上相应的角度进行穿刺就可以精确、安全地沿着椎弓根通道达到椎体后壁，整个穿刺过程仅在确认穿刺针的骨性穿刺点及判定穿刺针头尾倾角度时进行2 次透视（正侧位）。而传统的穿刺过程需要反复透视观察穿刺针相对于椎弓根的位置，其过程需透视次数至少为6 次。其后的各项手术工具操作进入椎体深度亦有相应PACS 测量数据支持，通过观察刻度可判定工作套管是否达到椎体后壁2～3 mm 处，通过简单的数学计算能准确判定精细钻是否抵达既定的骨水泥注射区，致使置入球囊扩张支架之前无需透视，再次减少了透视次数。相较于传统操作减少了反复调整穿刺针进针点的次数，降低了对骨及软组织的伤害，骨性工作隧道与工作套管嵌实，降低了骨水泥渗漏概率，降低了手术并发症发生率，提高了手术安全性。

手术操作要点：（1）因穿刺针锋利建议持续锤击缓慢进入，严格按照既定进针路线进入，避免手工插入不稳引起的误伤；（2）确定进针方向后一定要维持进针角度及观察一次性工具标记刻度以判定进针深度；（3）进针过程中始终要和患者进行有效的交流沟通，及时发现误入椎管造成的神经损伤；（4）观察球囊扩张后的透视不容忽略，记录球囊位置、扩张形态及扩张容积对骨水泥注射量有指导意义，同时在注射骨水泥前可进一步微调工作套管深度；（5）骨水泥注射过程中如果出现推注压力增大或突然变小，需要及时透视，不容忽略；（6）存在肥胖、情绪紧张或医患沟通不良等情况时可适度增加透视次数确保手术安全。

本研究也存在一定局限性，如患者例数较少，且没有进行多中心研究，不同医院PACS 和C 型臂机型也有区别，可能实施起来会有一些区别，不同学者使用测量钢尺和金属角度规在皮肤表面测量的数据会有些偏差，且术者的操作经验也不同，上述因素均会影响研究结果。

综上所述，基于PACS 的精确术前规划可以简化PKP 治疗椎体脆性骨折的流程，缩短手术时间，减少透视次数，降低辐射量，安全有效，同时为PKP 提供可靠的安全性、准确性操作，且操作简单易学，可缩短初学者学习曲线，值得推广。

志谢：感谢天津医院脊柱科苗军主任对本文英文的修订。

作者贡献：温立进行文章的构思与设计、研究的实施与可行性分析，撰写论文，进行论文的修订，负责文章的质量控制及审校，对文章整体负责、监督管理；王胜利、葛站勇进行数据收集；葛站勇进行数据整理、统计学处理；温立、葛站勇进行结果的分析与解释。

本文无利益冲突。