CT三维重建与定位器联合应用提高椎间孔镜穿刺准确性

陈巧凤，卢天祥，杨小明

泉州市第一医院骨科，福建 泉州362000

经皮内窥镜下腰椎髓核摘除术（PELD）近年来发展迅速的新技术［1］，它能有效解决椎间盘突出症、椎管狭窄症、腰椎退行性变等腰部疾病，具有对人体解剖结构损伤小、出血少、术后恢复快等优点［2-3］。但是椎间孔镜手术由于操作空间狭小，操作范围重要解剖结构多，对于术前的定位技术提出了很高的要求。由于体表解剖标志少，椎间孔镜手术术前需要进行体表定位以及反复穿刺，不但费时费力，而且增加了医师和患者接受X射线透视次数，有时是医源性损伤的原因。与开放手术相比，PELD具有更小的操作区域，因此手术是否成功取决于工作管插入的准确性。不合适的工作通道位置导致突出椎间盘髓核不能完全取出，并可能导致严重的并发症，如神经和血管损伤。因此寻求一种操作简单、透视次数少、准确率高的定位方法，拥有易于操作的定位工具一直是临床医师所需要的。尤其是对于年轻医师来说，掌握好简便的定位方法就可以大大缩短学习曲线，减少手术并发症［4］。

Mimics软件是一套高度整合而且易用的3D图像生成及编辑处理软件，通过输入计算机断层成像CT或磁共振MRI扫描数据，它能建立3D模型并进行编辑，其中的手术模拟模块是手术模拟应用的平台，可用人体测量分析模板进行细部的数据分析，模拟手术操作过程，保证手术过程的个体化和准确性［5-6］。本研究利用Mimics软件模拟手术操作，确定术前穿刺的位置及角度，利用所设计的腰椎间孔镜体外穿刺定位器，在术前确定穿刺的位置及角度，完成椎间孔镜的定位及穿刺工作，希望能解决腰椎微创技术定位难题，提高操作的准确性。

目前，有许多学者对如何提高椎间孔镜穿刺准确性做了许多尝试。有研究采用同心球原理设计了圆弧形椎间孔镜定位器，提高了穿刺的准确性［7］，但其应用的是二维空间原理，在三维空间上操作上作用相对有限，而且体积相对较大，组装相对复杂。也有学者有利用导航技术进行穿刺过程的引导，发现椎间孔穿刺技术的准确性大大提高［8］，但是操作过程中需要不断接受射线的辐射，导航设备价格昂贵，辐射剂量较大，对患者和医护人员伤害较大。导航技术操作复杂，价格昂贵，在日常手术及基层医院难以推广应用。超声体积导航（UVN）已广泛用于精确引导和减少辐射暴露，并已经有应用于经皮椎间孔内镜下椎间盘切除术的报道［9］，但我们认为超声二维图像不能完全反应椎间孔的三维空间形态，超声图像的辨读需要一定的经验累积，而且手术台旁已有许多设备，有限空间内还架设其他设备，对操作者的手术进行有一定干扰。数字医学在医学领域已经得到广泛应用，它的可视化操作可以直观地了解手术过程，也为我们所设计的椎间孔瞄准器应用提供理论论据。我们设计的椎间孔瞄准器轻巧，操作简便，希望能提高临床操作的准确性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究共纳入22例患者，其中男性12例、女性10例，年龄24～75岁，平均65岁。纳入标准：患者主诉单侧下肢放射痛或麻木等神经根受压的症状；有完整的术前影像学资料，椎间盘突出症状与体征相符；经严格保守治疗3月后症状无明显缓解或进行性加重者；术前均签订知情同意书。排除标准：合并严重腰椎管狭窄（椎管直径＜7 mm）；椎间盘有明显钙化、腰椎失稳、滑脱及畸形；明确椎间盘脱出、游离型椎间盘且术前测量，提示无法从同侧椎间孔进行操作；术前有巨大椎间盘，椎管占位严重，影像学上评估椎管内无代偿间隙；腰5/骶1椎间盘突出，术前估计无法经椎间孔入路取出髓核，而需行椎板间入路进行手术者；腋下型椎间盘突出症患者。

将腰椎间盘突出症手术组分为定位器使用组（12人）和常规手术组（10人），定位器使用组（术中应用定位器）由经验丰富的熟练操作者进行穿刺置管者（50台以上手术经历）6人，由初学者（5台以上手术经历）穿刺置管者6人；常规手术组熟练操作者和初学者各5人，镜下操作均由经验丰富的手术操作者进行。

1.2 经皮腰椎间孔侧路镜穿刺定位器（专利号：ZL 0587324.9）

底座呈3/4圆形，平面部分用于紧贴皮肤。底座长约8 cm，中间容纳延长杆。延长杆至上而下标有刻度，可在底座内自由拔伸。底座顶部有360°刻度盘，延长杆可在底座中间任意旋转。拧紧螺帽可完成长度和角度固定（图1）。延长杆两侧开槽，伸展杆通过顶部与延长杆连接，延长杆顶部有刻度，销钉卯压，伸展杆可在延长杆中间自由来回摆动。

1.3 术前测量

1.3.1 影像学资料采集 术前试验组进行腰椎、腰椎间盘CT平扫。采用64排螺旋CT进行腰椎连续断层扫描，扫描范围为病变椎间盘上下共3个节段的椎体和椎间盘。CT扫描参数：扫描层厚0.625 mm，扫描层间隔0.625 mm。患者均采用俯卧位并卧于腰椎手术体位垫上，身体正中矢状面垂直于床面并重合于床面中线，尽可能使身体背部接近水平。

1.3.2 腰椎、椎间盘数字重建 将患者腰椎CT扫描数据以Dicom格式转入计算机保存，并导入Mimics19.0软件，进行阈值分割，3D重建，模拟手术操作。观察穿刺针进入途径，目标位置，途中需磨除骨质及穿刺针在皮肤的穿刺点。建立脊柱椎体矢状面，目标椎间盘下位椎体上终板水平为水平面。测量皮肤穿刺点与矢状面、水平面的距离以及穿刺针与矢状面、水平面的夹角（图2）。

1.4 手术操作

1.4.1 定位器使用组 （1）手术中患者采用与检查时一样的俯卧体位，按照术前测定的穿刺点及穿刺角度在体表做好标记；（2）术前摆好C型臂X光机，使得C臂的投射方向与下位椎体上终板重合；（3）摆动伸展杆，将伸展杆与延长杆之间的角度固定于α（穿刺针与水平状面夹角即穿刺针与C臂投射方向夹角）；底座与伸展杆角度固定于β（穿刺针与矢状面夹角），旋紧螺帽和销钉；（4）将定位器的平面部分紧贴皮肤并垂直于中轴线。伸展杆的尾端置于进针点处（图3）。

1.4.2 常规手术组 （1）画棘突中线A，从棘突的体表线向患侧旁开一定距离画1条与棘突线平行的线B。旁开的距离，L5-S1约12～14 cm，L4～5约11～13 cm，L3～4约9～10 cm；（2）多根平行克氏针置于体表，透视下确定穿刺角度方向。穿刺位置：侧位X线上取上关节突尖部至下位椎体的后上角连线，正位X线上穿刺点为上关节突尖部或肩部。参照穿刺靶点的位置调整好头尾角和外展角，确定进针线路C。线C与线B交点为进针点；（3）第一着陆点：透视正位穿刺针位于椎弓根外侧缘，侧位穿刺针位于上关节突尖或肩部；第二着陆点：经过穿刺针的引导，最终鞘管置管尖位置正位应于椎弓根内缘和棘突之间，侧位位于下位椎体后上缘；（4）根据进针方向进行遂级扩孔，进行置管，完成接下来髓核摘除手术，并计算到达第一着陆点、第二着陆点的透视次数和时间。

1.5 统计学方法

研究数据采用SPSS19.0统计学软件处理，数据以均数±标准差表示，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

实验结果显示，借助术前mimics软件的重建和评估，同时使用椎间孔镜定位器，可减少初学者和操作熟练者穿刺到第一着陆点的时间和透视次数；减少初学者从第一着陆点置管到第二着陆点的时间和透视次数；初学者减少穿刺到第一着陆点的时间和次数比熟练者明显；初学者无论是否借助定位器，在操作第一着陆点到第二着陆点时间和透视次数，均比熟练者多（表1）。

表1 椎间孔镜侧路椎间盘髓核摘除术各组操作时间及透视次数比较（Mean±SD）Tab.1 Comparison of operation time and fluoroscopy times in each group of intervertebral discectomy with foraminal lateral approach

3 讨论

经皮椎间孔镜的后外侧入路是由Kambin、Sampson、Yeung、Tsou、Hijikata等操作过程中遂渐确定下来的［10-12］，它为广大患者提供微创、快速康复的手术途径。椎间孔镜技术操作可分为穿刺、置管阶段和内镜直视下减压阶段，射线暴露主要发生在第一阶段。椎间孔镜手术操作一定程度上需依靠术中C型臂X光机的透视，过多射线的暴露会增加患者及医护人员患实体肿瘤、血液系统肿瘤及白内障等的几率［13-15］，故减少穿刺次数和操作时间，是对医护人员和患者的保护。但是，临床上常用的C型臂X光机的定位方法只有正位及侧位，属于二维定位方法，穿刺的精准程度只能依靠临床医生的经验，准确度不高。穿刺次数的增加会增加了感染、损伤血管神经、损伤腹腔脏器等可能性，穿刺角度及深度不对，可能突出髓核无法完全摘除，神经根压迫无法完全解除，甚至造成硬膜囊损伤风险［16-17］。

椎间孔侧路镜手术操作强调靶向治疗，椎间盘突出的类型不同，患者的体型、高矮胖瘦不同，术中穿刺的位置和角度也不同，需要制定个性化的靶点治疗方案。经皮椎间孔侧路镜操作分为两大步骤：穿刺和放置套管、镜下操作。定位器作用是引导完成第一步骤，即准确地进行穿刺，放置套管，为进一步的镜下减压做准备。穿刺的最终目的是将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内工作的抓钳均为硬质材料，不能随意扭曲折弯，所以套管的头端务必直接到达突出髓核的部位，或者到达主要狭窄的部位，即“靶向穿刺”。定位器的穿刺目标直指靶向目标，目标明确，导针可以直接到达第一着陆点，并且通过对椎间孔的成形，分级磨钻及套管可通过第一着陆点到达第二着陆点，即靶点目标。经过术前的测量，可知导针通过路径，明确导针及导杆碰到的骨性阻挡是否可以通过骨钻磨削处理，通过的路径是否容易损伤神经组织。实验中可见初学者借助定位器和术前的测量定位，可减少穿刺到第一着陆点，以及第一着陆点到第二着陆点的时间和透视次数，定位器可同时提高第一着陆点到第二着陆点的准确性。定位器使用组中定位器对操作熟练者提高手术操作的速度有一定帮助，但帮助不显著。可见椎间孔镜的操作是需要一定的经验，借助定位器以及术前的图像重建分析可减少椎间孔镜初学者学习曲线。

目前关于椎间孔镜的体外定位器报道很少，有研究曾报道过他们设计的体外瞄准器［7］，患者术前经C型臂X光机体表定位后，在手术床上架设弧形瞄准器，在弧形架上两个不同位置指示灯同时指向中心点即目标靶点，滑动弧形架上的导向器就可以直指靶点。本研究认为首先在二维图像上确定进针方向和靶点存在着不准确性，而且C型臂X光机透视仅提供骨性结构影像，对于突出的髓核组织的位置并无法显示，所以有可能导致术中穿刺针的定位和开口位置并不十分准确，并且影响第二着陆点的操作。

有研究发现，通过术前腰椎模型和3D切片平台学习椎间孔的穿刺路径，可以明显缩短穿刺时间、手术时间和透视时间［18］。可见术前通过脊柱三维空间的研究，可以加强术者的三维空间感觉，但在实验操作中，因为没有固定方向的导向器以及患者体位改变出现穿刺方向和目标会出现术前计划偏差。有研究开发椎间孔镜术前VR系统，通过术中虚拟现实验操作可以提高孔镜穿刺位点和方向准确性，减少辐射暴露，操作时间和学习曲线［19］，但这种VR系统不可能在基层得到普及。Qin等［20］设计的荧光透视的导航系统与本研究设计原理的相似之处在3D打印技术的基础上，导针通过荧光透视到术前既定目标上，完成定位，我们术前算好穿刺点及手术目标，并锁定导向器的角度和距离，手术操作更为简便。数字医学与临床导向的应用能够提高手术准确率。

术前的图像重建分析可明确患者的脊柱及周围组织的解剖结构，明确手术导针的进针方向、目标位置及方向，但可能因患者的体位变动而发生改变，为了克服这个缺点，让患者术前检查俯卧位于体位垫上，并将体位垫的突出结构做好标识，与这此标识接触的人体体表解剖结构同时做好标记。术中患者采用同一俯卧体位，体表解剖标记仍与体位垫上标识重合，尽量减少误差。实验结果显示术前的准备工作以及评价判断确实可以提高穿刺的准确性，但是还存在一些误差，可能与体位微小变动有关。本实验定位器只是完成椎间孔镜操作的第一步，即定位及经椎间孔置管，它明显缩短手术时间，减少透视次数。但是镜下操作，无论是椎间盘突出还是椎管狭窄，镜下结构复杂，病情各异，主要是根据操作者的临床经验，所以镜下操作都由操作熟练者处理。如何快速提高初学者的镜下操作水平，尚需寻求其他办法。在椎间孔成形操作中还可能出现环据的打滑，以至通道建立的失败。如果定位器可以各分级套管同时配套使用，那定位器的使用就更有意义。以上这些问题也是日后工作需要改进的地方。

综上所述，与三维重建技术相结合，经皮椎间孔侧路镜体外穿刺定位器可缩短椎间孔镜侧路镜操作过程中定位、置管操作时间，减少手术透视时间和次数，有助于初学者减少椎间孔镜的学习时间和学习曲线，值得临床上应用。