计算机导航辅助骶骨脊索瘤的精确切除的手术效果和安全性研究

杨勇昆 李远 张清 牛晓辉

脊索瘤是一种起源于脊索残余组织的少见原发恶性骨肿瘤，最好发部位为骶骨和颅底部。多数骶骨脊索瘤患者症状较隐匿，就诊时于肿瘤往往体积较大，手术切除困难，围术期风险大，术后复发率高。通过广泛切除获得安全的外科边界是治疗骶骨脊索瘤的主要方式[1-3]，但在术中获得安全边界较为困难。对肿瘤边界理念的认识不足、局部解剖结构复杂和术中失血量大等因素，往往会影响骶骨肿瘤切除手术的精确性。

通过扩大骶骨肿瘤的切除范围可以降低术后复发的风险，但能否保留骶神经又直接关系到患者的术后功能和生活质量，因此如何通过适当的手术切除在肿瘤学结果和神经功能之间达到良好的平衡十分重要。在切除位于 S3水平以下的肿瘤时，术者可以参照骶髂关节判断骶骨的水平。但对位于 S3水平以上的肿瘤，尤其当骶骨肿瘤背侧已经突破骨皮质时，在术中清楚的判断肿瘤水平并进行安全的切除较为困难。

因此，骶骨脊索瘤的外科治疗需要较高的切除精确性，计算机导航辅助技术可以在这方面提供帮助。计算机导航辅助手术已经广泛应用于脊柱和关节等骨科手术，近年来也逐渐应用于骨肿瘤的外科治疗[4-7]，包括骶骨脊索瘤的手术切除[8-10]。笔者开展基于 CT 的计算机导航系统，并以 CT 与 MRI 融合图像确认肿瘤切除范围的导航辅助骶骨脊索瘤切除手术，分析该手术的精确性和安全性以及计算机导航在骶骨肿瘤手术中的应用效果。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

1. 纳入标准：( 1 ) 2009 年至 2016 年，在我院接受治疗的骶骨脊索瘤病例；( 2 ) 病理诊断为脊索瘤者；( 3 ) 肿瘤位于骶骨者；( 4 ) 在我院接受计算机导航辅助下骶骨肿瘤切除者；( 5 ) 有完整的临床随访资料者。

2. 排除标准：( 1 ) 导航图像数据未完整保留；( 2 ) 患者拒绝参加本研究；( 3 ) 术后随访时间＜12 个月。

二、基本资料

本组共纳入 32 例，男 20 例，女 12 例；平均年龄 53.4±13.1 ( 27～84 ) 岁。原发肿瘤 27 例，复发肿瘤 5 例。29 例位于 S3水平以上，3 例位于 S3水平以下 ( 表 1 )。患者术前常规接受局部 X 线、CT、MRI、胸部 CT 及全身骨扫描等影像学检查 ( 图 1 )。原发肿瘤术前行穿刺活检明确脊索瘤诊断，复发肿瘤通过会诊原手术病理明确诊断。

表 1 病例临床资料特征Tab.1 Clinical data

二、导航术前设计和术中实施

1. 术前设计：术前将患者骶骨部位 CT 和 MRI的 DICOM 格式数据导入导航系统工作站 ( CT Spine，Version 1.2；Stryker Navigation，Freiburg，Germany )。分别在 CT 和 MRI 图像上描绘出肿瘤范围，再将 CT与 MRI 图像融合 ( 图 2 )。CT 可清楚的显示骨内肿瘤范围，MRI 可更清楚的显示软组织包块的范围，因此融合图像可以在轴位、冠状位和矢状位的每个层面及三维图像中显示肿瘤的最大范围。术前计划按照距离肿瘤边缘 1.5 cm 设计切除范围，包括骶骨截骨和软组织切除均遵循 1.5 cm 的边界设计( 图 3 )。肿瘤前侧由于常常紧邻直肠脏器但很少累及脏器，因此未按照 1.5 cm 设计切除范围。术前在导航系统中测量肿瘤最大径和轴位的横径大小。平均肿瘤最大径为 ( 10.9±3.7 )，5～17 cm，轴位测量肿瘤平均横径为 ( 6.9±1.9 )，2.6～10.6 cm。

图 1 a：骶骨脊索瘤患者术前 CT 检查，显示骨破坏范围和肿瘤位于骶骨的水平；b：骶骨脊索瘤患者术前 MRI 检查，显示肿瘤的软组织包块和软组织受累范围Fig.1 a: Preoperative CT examination of a patient with sacral chordoma, showing bone destruction and sacral tumor; b: Preoperative MRI of a patient with sacral chordoma, showing the soft tissue mass and involvement

图 2 a：将骶骨脊索瘤患者术前 CT 和 MRI 图像导入导航系统，分别描绘出肿瘤范围，黄色为 CT 上标记的肿瘤范围，红色为 MRI 上标记的肿瘤范围；b：在导航系统中，将术前 CT 和 MRI 图像融合Fig.2 a: Preoperative CT and MRI images of a patient with sacral chordoma were imported into the navigation system to depict the tumor area( yellow: tumor area marked on CT; red: tumor area marked on MRI ); b: Preoperative CT and MRI images were fused in the navigation system

2. 术中实施：手术采用后侧入路，通常为后正中切口，从 L5水平向下延伸至尾骨尖水平，穿刺活检道与肿瘤一起切除。向两侧掀开筋膜瓣，显露臀大肌、竖脊肌和骶髂关节。将导航示踪器 ( tracker )安装于远离肿瘤部位的骶骨或腰椎棘突上，然后进行示踪器 ( tracker ) 和指点器 ( pointer ) 的注册，以及三维 C 型臂 X 线机扫描获取术中三维图像。

术中导航系统辅助确认肿瘤位于骶骨的水平和截骨的安全范围，同时还可显示骶神经孔的位置和骶神经的走形。通过指点器的指示，术者可以准确标记出与术前计划相对应的截骨线和软组织切除范围 ( 图 4 )，然后完成肿瘤的切除。切除肿瘤后，可以通过导航系统再次确认是否达到了术前计划的切除范围和安全的外科边界。

三、术后处理和随访

对完整切除肿瘤标本的六个面进行拍照，然后浸泡于甲醛溶液中，第 2 天取出标本，沿肿瘤最大面剖开，拍照后再次浸泡，危险部位取材做病理检查，评价肿瘤切除的外科边界 ( 图 5 )。术后行 CT 检查再次确认是否获得了原计划的切除范围和安全的外科边界 ( 图 6 )。术后常规换药观察伤口和引流，引流量少于 30 ml 时拔除引流管。观察和记录伤口不愈合、感染等并发症。术后每 3 个月进行复查随访。复查内容包括临床查体和影像学检查。 影像学检查包括骶尾部平片、超声和 CT 以及胸部 CT 和骨扫描。

图 3 融合后的图像可以同时显示 CT 和 MRI 描绘的肿瘤范围，距离肿瘤 1.5 cm 标记出切除范围，完成术前计划图 5 术后标本经过甲醛溶液浸泡后，沿着矢状位或肿瘤最大径剖开，显示达到安全的切除范围，完成术前计划Fig.3 The fused images simultaneously displayed the tumor range described by CT and MRI. The resection range was marked 1.5 cm from the tumor to complete the preoperative planFig.5 Tumor structure along the sagittal position or the largest diameter showed safe range of resection

图 4 a：术中实时导航可显示术前设计的肿瘤范围和截骨线，在导航指引下确认和标记截骨线；b：术中实时导航可显示术前设计的肿瘤软组织切除范围，在导航指引下确认和标记软组织切除范围，辅助骶骨肿瘤的安全切除Fig.4 a: Intraoperative real-time navigation displayed the tumor area and osteotomy line designed before the operation; b: Intraoperative real-time navigation displayed the tumor soft tissue resection area designed preoperatively to confirm the safe resection of sacral tumors

四、统计学处理

应用 SPSS 20.0 软件进行统计学分析。连续变量采用均值 t 检验比较差异，分类变量采用四格表 χ2检验或 Fisher 确切概率法比较差异。以 P < 0.05 为差异统有计学意义。

结 果

一、围术期结果

1. 术中情况：全部患者均按照术前导航系统中设计的切除计划完成手术，术中成功实施导航辅助。导航平均注册误差为 0.8～2.5 ( 1.5±0.6 ) mm，导航注册和扫描过程平均用时 ( 18.2±4.7 )，12～30 min。平均手术时间为 ( 305.9±80.1 )，140～495 min，平均术中失血量为 ( 2773.8±1816.0 )，300～8500 ml，围术期平均输血量为 ( 2420.0±1779.5 )，0～8000 ml( 表 1 )。

2. 外科边界：对肿瘤标本的外科边界的分析显示，广泛切除 24 例，边缘切除 4 例，囊内切除4 例。

3. 伤口并发症：术后 2 例出现伤口感染，经过清创、局部皮瓣或肌皮瓣转移覆盖创面手术，最终愈合良好。术后 4 例出现伤口延迟愈合，通过反复换药后愈合。

二、随访结果

图 6 术后局部 CT 检查，显示骶骨截骨和切除范围满意Fig.6 Postoperative CT images showed satisfactory sacral osteotomy

1. 术后复发：术后平均随访 ( 47.5±23.3 ) ( 中位46.5，12～102 ) 个月，截至最终随访，全部患者均存活。术后复发 4 例，复发率为 12.5%。复发病例的初次手术均由于肿瘤巨大、累及广泛而行囊内切除，外科边界与肿瘤复发显著相关 ( P = 0.000，χ2=23.172 )。其中 3 例由于骶棘韧带在骨盆的止点受累而无法在该部位获得更好的外科边界，在骶骨截骨侧获得了导航设计的安全边界。另 1 例为全骶骨受累，为保留骶神经行扩大刮除。2 例复发后再次接受手术，其中 1 例行半骨盆截肢术，术后未见再次复发。另 2 例复发患者拒绝手术，接受放射治疗，现带瘤存活。

2. 术后功能：截至最终随访，患者术后平均MSTS 评分为 ( 27.4±2.1 )，19～30 分。除 1 例因复发接受半骨盆截肢的病例评分较低外，其余患者评分均 > 26，日常生活和肢体活动功能良好。29 例肿瘤位于 S3水平以上的患者，术后均有大小便功能障碍，其中部分男性患者反映存在不同程度的性功能障碍。

讨 论

脊索瘤较为罕见，发病率约为 0.5 / 百万 / 年～0.8 / 百万 / 年，约占原发恶性脊柱肿瘤的 17.5%[11]。尽管大多数骶骨脊索瘤患者术后会出现不同程度的神经症状，但广泛切除仍是最有效的治疗方式，完整的切除肿瘤以获得安全的外科边界，可以尽量降低术后复发率[3,12]。不安全的外科切除边界或术中肿瘤污染会导致术后复发率显著升高[13-14]，反复的术后复发严重降低患者生活质量，甚至影响远期生存率[15]。

计算机导航辅助手术逐渐应用于包括骨肿瘤的外科治疗在内的骨科手术，导航技术有助于解剖结构复杂部位肿瘤的精确切除和重建[4-7]。但计算机导航辅助骶骨肿瘤切除的病例报道较少见。近年来笔者将计算机导航辅助技术应用于包括骶骨肿瘤在内的多种骨肿瘤手术，本研究的目的是评价计算机导航辅助骶骨脊索瘤切除的准确性和安全性，对患者术后肿瘤学结果和并发症进行随访和分析，探讨计算机导航在骶骨恶性肿瘤切除中的作用。

笔者在术前通过计算机导航系统对肿瘤边界和计划的切除范围进行设计，在术中通过 ISO-C 导航系统将术前设计与术中扫描进行融合，从而在术中实时导航的辅助下，更准确地实现术前计划。本组病例均成功的根据术前计划完成了导航辅助下肿瘤切除，术中导航误差很小，平均值为 1.5 mm。CT 图像可清晰的显示肿瘤近端位于骶骨的水平以及骶髂关节受累程度；MRI 图像在显示软组织范围上更有优势[16]，比如肿瘤下缘和臀大肌受累范围。利用导航系统将术前 CT 与 MRI 图像融合，可以结合两者的特点更精确的规划肿瘤切除范围。Krettek 等[9]于 2004 年首次报道计算机导航辅助骶骨脊索瘤切除手术 1 例。Dasenbrock 等[10]于2012 年报道 2 例导航辅助骶骨脊索瘤整块切除。但这些报道是基于 CT 图像的导航辅助手术，没有通过MRI 图像确认软组织切除范围。本研究的特点是将CT 和 MRI 图像融合后用于辅助骶骨脊索瘤切除手术，导航技术不仅用于计划骨的切除范围，还用于软组织的切除范围的设计和术中指导。

骶骨脊索瘤术后容易复发，能否通过更精准的手术获得良好的局部控制是本研究的重要研究目的。本组病例的随访结果显示术后局部复发率为12.5%，相对较低。文献报道骶骨脊索瘤术后复发率大约在 25%～70% 的范围[14-21]。Hulen 等[22]于 2006年报道 18 例骶骨脊索瘤，术后 5 年随访发现复发率高达 75%。笔者报道的本组病例中大部分肿瘤位于S3水平以上 ( 29 / 32 )，多项研究提示肿瘤位于骶骨的水平是局部复发的重要危险因素之一[12,23]，位于S3水平以上的肿瘤更容易复发。这是由于 S3水平以上肿瘤的边界判断更为困难，而且有时为了保留 S3以上的神经功能，可能会在肿瘤的切除边界上做出让步。笔者对于水平较高的骶骨肿瘤更倾向应用计算机导航辅助技术。本组病例复发率较低与精确的术前计划和准确的术中实施相关。根据术前计划和术中导航，笔者对骶骨肿瘤进行精确切除，并通过导航在术中再次确认是否达到了计划的切除范围和安全的外科边界。

本研究显示复发病例均为囊内切除术后复发，广泛切除后的病例未见复发，不同外科边界病例的术后复发率有显著差异。这再次验证了安全的外科边界对于控制局部复发的重要性。囊内切除后复发的病例，是由于肿瘤累及范围大而无法行广泛切除，包括为骶棘韧带的坐骨止点受累或全骶骨受累。综合既往文献报道[14-27]，广泛切除后的复发率约为 5%～60%，而不适当的外科切除后复发率高达43%～83%，虽然不同报道的病例数和复发率有较大差异，但总体上都支持安全的外科边界可以有效降低局部复发率。

本组患者术后随访结果显示，大部分患者恢复到正常的生活，日常活动功能良好。患者可通过计算机导航辅助骶骨肿瘤切除手术达到临床获益。截止最终随访，患者平均 MSTS 评分 27.4。1 例 MSTS评分较低患者，是由于复发后接受了骨盆截肢术。其余患者均没有显著的下肢功能障碍或不可耐受的症状。

虽然计算机导航技术在提高手术切除的精确性有辅助作用，但增加的导航注册、术中扫描、图像融合、导航指示和确认等步骤是否会延长手术时间，增加术中失血等风险也值得关注。本研究显示，术中导航注册和扫描平均用时 18.2 min，在医生可以熟练操作导航系统的基础上，并未显著增加的手术时间。手术时间的延长通常会导致术中失血增加和感染等风险，但导航注册和扫描是在分离肿瘤周围和进行截骨之前，该时间段内术区创面较小，出血量也较少。本组病例的平均手术时间为305.9 min，平均术中失血量为 2773.8 ml，与既往文献报道相比，手术安全性良好。文献报道骶骨脊索瘤切除手术平均用时大多超过 5 h，平均术中失血量多在 3000～5000 ml 范围[14-27]。本研究中共 6 例出现伤口延迟愈合或感染，但仅有 2 例因为伤口并发症再次接受手术治疗，且最终愈合良好。

术中实时导航可以帮助术者在三维图像中清楚的看到肿瘤的范围。但术者必须意识到，由于系统误差、相对解剖位置变化、导航系统故障以及术者判断失误等可能存在的多种原因，导航系统屏幕上的图像可能与实际结构存在一定差异，因此需要术中反复确认导航的准确性[9]，同时术者的相关经验和判断也很重要。笔者将术后切除的标本与术前计划进行了比较，发现均按照术前计划切除了肿瘤，这也验证了导航辅助手术的准确性。

综上所述，计算机导航辅助骶骨脊索瘤切除有较好的手术精确性和安全性，患者术后复发率低，并发症少见，术后总体功能良好，可以使患者临床获益。但必须引起重视的是，导航系统只是为术者的术中判断和操作提供参考和帮助。要获得安全的切除边界，严谨的术前计划和丰富的手术操作经验仍是不可或缺的。