CT三维重建联合仿真钉道建立在腰椎骨折治疗中的应用价值

李 硕,石运力,朱 江,王 磊

腰椎骨折是临床常见的脊柱骨折,以暴力撞击、老年骨质疏松为主要致伤因素。随着社会人口老龄化和现代工业的迅速发展,腰椎骨折的发生率已呈逐年升高趋势,对人民身心健康造成严重威胁,故而提高腰椎骨折的治疗效果具有重要意义。椎弓根螺钉内固定术具有稳定性高、固定节段少且对脊椎活动影响小的优势,目前已成为腰椎骨折的主要治疗手段[1-2]。传统的椎弓根螺钉置入主要依赖于解剖学标志和术者经验,但椎弓根邻近脊髓和神经根,术中操作时,稍有不慎则会损伤神经根,引起严重并发症,即便是经验丰富的术者也存在置钉不良的可能性。椎弓根螺钉内固定术的关键是置钉点、进针角度的准确度。随着数字化医疗影像技术的发展,术中C型臂X线透视定位也广泛应用于骨折治疗中,可有效辅助术中定位,提高准确度[3-4],但存在辐射污染,且仍以术者主观经验为主。CT三维重建技术是基于计算机图像处理、立体定位、医学影像等发展而来的医学生物技术,配合计算机仿真交互技术,不仅可对病灶进行三维立体重建,还可通过采集病灶相关原始数据进行模拟,计算出最佳治疗相关参数,为临床治疗提供更准确有效的指导,提高治疗效果,且可有效减少辐射污染[5-6]。基于此,本研究将该技术应用于腰椎骨折治疗中,观察其临床价值,以期为临床提供循证依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2019年1月—2023年1月唐山市第二医院收治的126例腰椎骨折。纳入标准:新鲜单节段腰椎骨折且骨折类型为A型;均行后路短节段椎弓根内固定术。排除标准:意识模糊;含多发伤;病理性骨折;骨折前有活动受限或有明显髋部疾病;合并强直性脊柱炎;存在恶性肿瘤;妊娠或哺乳期女性。将126例采用随机数字表法分为2组,观察组63例接受CT三维重建联合仿真钉道建立指导手术,对照组63例接受常规解剖标志法结合C型臂X线透视定位指导手术。观察组男36例、女27例,年龄(45.26±5.17)岁,伤椎节段:L318例、L423例、L522例,致伤原因:外伤37例、退变性损伤26例;受伤至手术时间(1.24±0.13)d。对照组男32例、女31例,年龄(44.97±5.74)岁,伤椎节段:L320例、L425例、L518例,致伤原因:外伤29例、退变性损伤34例;受伤至手术时间(1.19±0.21)d。2组一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。本研究经唐山市第二医院医学伦理委员会批准同意[(2024)伦审第(10)号],且患者均对本研究内容了解并签署知情同意书。

1.2 研究方法

2组均于术前拍摄腰椎正侧位X线片、连续薄层CT扫描,上传至后台系统,并保存DICOM格式数据。

1)对照组:常规术前准备,全麻,俯卧于可X线透视脊柱手术床上,暴露视野后,结合术前影像资料,采用解剖标志法结合术中C型臂X线透视定位指导手术,明确进针位置和方向,术者根据手术经验,准备针道后将螺钉置入。

2)观察组:a.建立模型:CT扫描采用飞利浦PHILIPS Ingenuity,扫描参数:层厚0.625 mm,重建矩阵512×512,重建速度(64层模式,5 122)≥20幅/s,最短扫描时间(360°)≤0.42 s,图像存储DICOM格式。利用计算机仿真技术软件Mimics建模,调取存储数据,经过CT值范围选取、图层分割、平滑处理等过程,建立腰椎骨折节段的三维几何模型;b.建立仿真钉道:通过进钉点与椎弓根中心点的连线,确定骨折节段椎弓根的仿真螺钉钉道,并进行适当调整,使针道避开血管神经及周围脏器,寻找最佳针道位置;c.确定进针角度:先定位十字坐标系,然后使十字定位系统原点与钉道相交从而建立空间角度测量基础,最后测量钉道与椎体水平面及矢状位夹角;d.设计螺钉置入方案:整理、分析上述数据,并运用Mimics仿真钉道技术设计螺钉置入方案,提供椎弓根横径、矢径数据、螺钉进钉角度、螺钉长度及横径。e.准备手术:常规进行术前准备,全麻,俯卧于可X线透视脊柱手术床上,暴露术野,按照术前规划设计好的椎弓根进钉点、螺钉方向和深度置入椎弓根螺钉。典型患者术后CT二维重建或三维重建图见图1。

1a～1e为腰椎CT二维重建图,1a、1b为冠状面重建图,1c为矢状面重建图,1d、1e为矢状面定位像;1f～1h为腰椎CT三维重建图。

2组术后3 d再次行连续薄层CT扫描,上传后台,记录数据。

1.3 观察指标

1)对比术前术后CT数据,比较2组置钉优良率。参照文献[7]标准进行评估:优,螺钉完全置于椎弓根内,且未穿透皮质;良,螺钉螺纹穿透椎弓根狭部皮质,且不超过螺钉直径的1/4,并未危及周围血管、神经;差,螺钉螺纹明显穿透椎弓根狭部皮质,且超过螺钉直径的1/4,有危及周围血管、神经的危险。2)记录2组置钉时间和置钉出血量。3)于术前、术后6个月评估2组腰椎Oswestry功能障碍指数(ODI)[7]评分、下腰痛日本骨科协会评分(JOA)[8]、下肢Fugl-Meyer运动功能评定量表(FMA)[9]评分,比较2组术后腰椎功能恢复情况。ODI指数包括患者疼痛程度、日常生活能力、提重物、行走、坐位、站立、睡眠质量、性生活、社会生活和旅游在内的10个方面,依据患者身体感受分别赋予0～5分,分值越高代表脊柱功能障碍越严重。下腰痛JOA包含主观症状、临床体征、日常活动受限和膀胱功能4个方面,总分29分,分数越高提示患者腰椎状况越好。下肢FMA包含运动、感觉、膝盖活动、疼痛4个方面,总分34分,分数越高说明下肢活动功能越好。4)记录2组术后并发症。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 2组置钉优良率比较

观察组总置钉数为319枚,对照组总置钉数为321枚。观察组置钉优良率为94.67%高于对照组的88.79%(P<0.01)。见表1。

表1 2组腰椎骨折患者置钉优良率比较[枚(%)]

2.2 2组置钉时间和置钉出血量比较

观察组置钉时间短于对照组,置钉出血量少于对照组(P<0.01)。见表2。

表2 2组腰椎骨折患者置钉时间和置钉出血量比较

2.3 2组腰椎功能恢复情况比较

2组术前ODI、JOA、FMA评分比较均无差异(P>0.05)。术后6个月,观察组ODI、JOA评分低于对照组,FMA评分高于对照组(P<0.05,P<0.01)。见表3。

表3 2组腰椎骨折患者手术前后腰椎功能恢复情况比较分)

2.4 2组术后并发症比较

观察组术后总并发症发生率低于对照组(P<0.05)。见表4。

表4 2组腰椎骨折患者术后并发症发生情况比较[例(%)]

3 讨论

治疗腰椎骨折公认的手术方法仍是椎弓根螺钉内固定术,在有效固定伤椎的同时还可有效恢复椎体的正常生理曲度,促进伤椎恢复[10-13]。但由于椎弓根邻近脊髓,周围遍布着血管和神经,置入螺钉的位置不良有可能损伤周围的血管及神经,引发严重的并发症,影响患者恢复[14]。椎弓根螺钉内固定术成功的关键在于进针点的定位及进针角度的预测。传统的椎弓根置钉常依赖于解剖学标志和术者的经验,虽然目前术中影像辅助在临床治疗中的应用较为广泛,可有效辅助术者定位,提高准确度,但置钉过程仍以术者的主观经验为主,仍存在置钉不良的风险。故探寻有效的辅助措施,提高置钉准确度,对保障手术安全,改善患者预后具有重要意义。

数字化医疗将计算机技术和临床医学结合,具有较好的临床应用前景。CT三维重建是数字化医疗发展的标志性产物,Mimics软件是基于计算机仿真交互技术设计出的一款功能强大的医学影像处理软件,通过输入CT参数,可有效对病变部位进行重建,同时通过软件进行模拟计算,给出最佳的治疗参数,有效指导临床治疗,提高治疗效果[15-17]。本研究显示,观察组置钉优良率高于对照组,分析原因可能是,与徒手置钉相比,CT三维重建可完整并直观呈现椎体组织形态及空间方位,更好地帮助术者测量患者伤椎数据,获取椎弓根高度、宽度,确定螺钉置入的长度,获取椎体横断面内倾角、矢状面倾斜角,定位进针点及进针角度,并利用计算机仿真交互技术进行数据交互,设计仿真针道,模拟置钉,有效帮助术者判断置钉效果,避免穿透椎体皮质,损伤周围神经血管,提高置钉准确度,进而提高置钉优良率。朱宗波等[18]研究也提出利用CT三维重建技术规划钉道,可有效提高置钉成功率和优良率。本研究显示,观察组置钉时间短于对照组,且置钉出血量均少于对照组,这一结果提示,利用CT三维重建联合计算机仿真技术可有效减短置钉时间,减少出血。分析原因可能是,观察组在术前依据患者的相关数据进行CT三维重建和钉道规划,可有效缩短术中探索时间和置钉时间,减少因置钉暴露而产生的出血。本研究还显示,观察组术后腰椎功能恢复情况优于对照组,与熊亮等[19]研究结果部分相似。进一步可见CT三维重建联合仿真钉道建立的优势明显,分析原因可能与置钉优良率高有关。且在术后并发症的观察中也可见观察组术后并发症发生率明显低于对照组,提示利用CT三维重建联合仿真钉道建立进行腰椎骨折患者的椎弓根内固定术,对患者的术后恢复具有积极意义。

综上,利用CT三维重建联合仿真钉道的建立来指导手术,可有效提高腰椎骨折患者椎弓根内固定术置钉优良率,缩短置钉时间,减少出血量,降低术后并发症发生风险,促进患者术后腰椎功能恢复。