基于3D slicer比较两种椎间孔成型方法对上关节突的影响

孙颉玮 冯法博 王俊 姜志洲 朱宇尘 姜建勇 尹航

经皮椎间孔镜腰椎间盘摘除术（percutaneous endoscopic transforaminal discectomy，PETD）是目前临床上治疗腰椎间盘突出症最常用的微创术式之一［1-2］，在建立通道的过程中，大多数情况下需对责任节段的椎间孔进行成型［3］。目前，临床上用于椎间孔成型的工具主要有骨钻和环锯。有研究认为二者不仅在切除上关节突的骨量上存在差异，同时在成型的部位方面也存在不同［4］，上关节突骨质的缺失量或缺失部位与稳定性密切相关［4］。为进一步研究骨钻和环锯在椎间孔成型中切除上关节突体积和部位的差异，以探讨两种成型方式对腰椎稳定性的潜在影响，本研究通过3D Slicer软件对上关节突进行建模，通过对比术前与术后的上关节突模型，来比较两种工具在椎间孔成型中切除上关节突体积和部位的差异，并评估其对腰椎稳定性的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本研究已通过杭州市萧山区第一人民医院伦理审核批准（伦审字（科）［2021］57号）。采用前瞻性队列研究，选取2021年5月至2022年7月因腰椎间盘突出症接受PETD手术的患者60例。共计纳入男32例，女28例；L4～5节段30例，L5/S1节段30例；年龄23～85岁，平均50岁。术前通过电脑随机分为两组，骨钻组30例，环锯组30例。纳入标准：（1）PETD术式治疗腰椎间盘突出症者；（2）单节段腰椎间盘突出症者；（3）单侧症状者；（4）术中使用骨钻或环锯进行椎间孔成型者；（5）影像学资料完整者；（6）术前无腰椎不稳表现者。排除标准：（1）其他术式治疗腰椎间盘突出症者；（2）＞1个节段的腰椎间盘突出症者；（3）双侧症状者；（4）术中未对椎间孔进行成型者；（5）影像学资料缺失者。（6）术前存在腰椎不稳表现者。

1.2 手术方式 骨钻组与环锯组均行标准PETD术式。（1）骨钻组：使用4.6、5.9、7.5 mm（山东冠龙）（图1）三种型号骨钻逐级进行椎间孔成型，当骨钻头端定位至上关节突尖端后，采用骨钻漂移技术，向上压骨钻尾端，使骨钻头端滑入椎间孔外口，然后逐级进行椎间孔成型，直至正位片显示骨钻头端位于椎弓根内侧缘连线和上下棘突连线之间，侧位片显示位于下位椎体的后上角。（2）环锯组：使用7.5 mm环锯（山东冠龙）（图2-3）进行一次性椎间孔成型，环锯头端定位至上关节突进行成型，直至正位片显示环锯头端位于椎弓根内侧缘连线和上下棘突连线之间，侧位片显示位于下位椎体的后上角。

图1：4.6 mm、5.9 mm、7.5 mm三种型号骨钻；图2：7.5 mm环锯；图3：环锯切除的骨质；图4：病例A术前上关节突模型；图5：病例A术前上关节突模型体积（1,751.48 mm3）；图6：病例A术后上关节突模型；图7：病例A术后上关节突模型体积（893.04 mm3）

1.3 研究方法 （1）运用3D Slicer软件对上关节突进行建模：①术前建模：A.将术前腰椎CT资料以DICOM格式导入3D Slicer软件；B.在Segment Editor板块添加一个新的蒙版，运用paint工具对上关节突进行描绘，描绘层面从上关节突尖端至关节突移行为横突处；C.在Segmentations模块下，将3D模型以model格式导出，然后在Models板块可直接读取模型的体积大小。模型体积的单位为mm3，结果保留2位小数（图4-5）。②术后建模：建模方法与术前一致，保证两次建模的层数一致，对于个别切除尖端的术后模型，则保证其建模的最底层与术前模型保持一致（图6-7）。（2）测算切除上关节突体积的方法：切除上关节突体积=术前上关节突体积-术后上关节突体积。切除体积百分比=切除上关节突体积/术前上关节突体积×100%。（3）评价切除部位的方法：将上关节突模型分为3等份，尖端即上1/3的模型，腹侧为中1/3模型，基底为下1/3模型。模型发生缺如的部分则认为相应部分的上关节突被切除。此外，为更好的观察与统计，作者根据切除部位对腰椎稳定性的影响引入一个新的评价指标：切除评分。将切除尖端记为4分，腹侧为2分，基底为1分，由于切除部分不是单一的，多部位的切除评分即为所有单项评分之和，例如尖端+腹侧为6分，腹侧+基底为3分，尖端+腹侧+基底为7分，该评价指标可以涵盖所有的切除可能性，且不会出现同分不同部位的情况。平均切除评分=组内所有切除评分之和/组内样本个数。

1.4 统计学方法 采用SPSS 25.0统计软件。计量资料以（）表示，组间比较采用t检验；计数资料以n或%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 两组一般资料比较 见表1。

表1 两组一般资料比较

2.2 两组骨钻和环锯切除上关节突体积的差异 见表2。

表2 骨钻和环锯切除上关节突体积的差异（）

表2 骨钻和环锯切除上关节突体积的差异（）

指标骨钻组（n=30）环锯组（n=30）t值P值术前关节突体积（mm3）1,266.90±182.711,381.60±360.11-1.5560.024术后关节突体积（mm3）1,091.54±165.83823.22±265.864.6900.058切除关节突体积（mm3）175.81±88.49558.80±232.22-8.441＜0.001切除百分比（%）13.78±6.5740.22±12.13-10.4970.003

2.3 两组骨钻和环锯切除上关节突部位的差异 见表3。

表3 骨钻和环锯切除上关节突部位的差异

2.4 患者症状的缓解情况 见表4。

表4 患者症状缓解情况

3 讨论

通过建模发现，在切除体积方面，骨钻组平均切除上关节突的体积为（168.66±102.49）mm3，明显少于环锯组（556.95±250.77）mm3。分析造成此差异的原因有两点：（1）骨钻成型时，通过旋转前外侧钻齿产生的摩擦力来磨除骨质，其磨除的骨质有限。（2）环锯通过旋转前端环形锯齿产生的剪切力来切除骨质，其可将环形锯齿范围内的骨质均予以切除，故其切除的骨质较多。另外，从切除百分比中也能看出骨钻（13.18±7.57%）对上关节突的切除明显少于环锯（38.51±13.74%），AHUJA等［5］通过力学分析发现，＞30%的上关节突切除会增加腰椎活动度和不稳的风险。因此，骨钻比环锯对腰椎稳定性的影响更小。

在切除部位方面，骨钻切除关节突腹侧的比例为71.43%（15/21），环锯切除尖端的比例达到81.82%（18/22）。分析其原因作者认为有以下两点：（1）骨钻漂移，骨钻漂移技术改变了骨钻与上关节突接触点，从定位时的上关节突尖端漂移至腹侧。（2）环锯头端呈锯齿状，当环锯头端定位于上关节突尖端后，锯齿会锚住尖端骨质，限制环锯在成型时的移动，所以环锯切除上关节突尖端的概率大。另外，从切除评分也能看出两种工具在切除部位方面的差异，骨钻组2.67分明显低于环锯组5.59分，提示骨钻在成型过程中切除上关节突尖端的可能性更小。众所周知，上关节突作为关节突关节的一部分，其对于腰椎的稳定性至关重要，其中不同部位的骨质缺失对稳定性的影响也不相同，上关节突尖端的破坏会使腰椎的活动度明显增加，从而造成腰椎不稳的潜在风险增加［6-7］。因此，作者认为，骨钻成型对腰椎稳定性的影响要小于环锯成型。

综上所述，骨钻成型时磨除上关节突骨质较少且主要磨除腹侧，对腰椎稳定性的影响小；环锯成型时切除上关节突体积较多且容易切除尖端，对腰椎稳定性的影响大。盲视成型应尽量选择骨钻进行成型。