3D Slicer 技术在骨质疏松性骨折椎体强化术中的应用研究

毛翔，张梅花，张海峰

杭州市第九人民医院放射科，浙江杭州 311225

骨质疏松性椎体压缩性骨折一般是因骨质疏松导致椎体的强度下降、骨密度减小、骨质较为脆弱，容易因摔伤、扭伤、撞伤等因素导致椎体压缩变扁，引起压缩性骨折，出现全身性骨骼疾病；表现为各组织活动受限性疼痛，患者生存质量低。在治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折中椎体强化术发挥着重要价值，通过置入位置钉来保持脊柱稳定性，帮助缓解患者疼痛程度并恢复日常活动能力，且手术效果具有长期稳定性。但受椎弓根形态及周围血管神经等因素的影响，锥体强化术穿刺置钉过程中定位困难、风险较高[1]。通过查阅相关国内外文献，精准定位和定向在骨折手术治疗中具有重要价值。笔者团队长期致力于骨折手术的研究，在临床实践中发现3D Slicer 分析处理平台在骨质疏松性椎体压缩性骨折椎体强化术中具有较高的价值，同时得到一些使用要点和临床数据，以期为提高骨质疏松性椎体压缩性骨折患者的手术效果和生存质量提供一些策略依据。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2020 年1 月至2021 年12 月杭州市第九人民医院收治的择期行椎体强化术治疗的66 例骨质疏松性椎体压缩性骨折患者作为研究对象。按随机数字表法将行3D Slicer 软件辅助定位置钉的33 例作为3D 组和传统徒手定位置钉的33 例作为对照组。对照组中男20 例，年龄45～68 岁，平均（55.44±3.88）岁；3D 组中男17 例，年龄43～74 岁，平均（56.09±3.90）岁。两组患者的一般资料比较，差异无统计学意义（P>0.05）。本研究经杭州市第九人民医院伦理委员会审批通过[伦理审批号：研伦第（2022-009）]，受试者均知情同意。

1.2 纳入和排除标准

纳入标准：①具备椎体强化术适应证且能耐受手术治疗；②年龄<80 岁；③有自主意识，精神状态好；④临床表现为明显的腰背部、胸腰椎疼痛；⑤既往无骨折手术史或重大外伤手术史。排除标准①存在沟通障碍和神经系统疾病者；②合并长期活动性出血者；③生命体征极不平稳者；④入院前半个月有抗凝药物使用史或手术史者。

1.3 方法

两组患者均行无差别的椎体强化术治疗，完善术前检查，遵医嘱术前、术后用药，手术后根据具体情况给予患者广谱抗生素预防感染。采用不可降解骨水泥填充剂（聚甲基丙烯酸甲酯，Polymethyl methacrylate，PMMA），使用NHC-300m A C 臂X 线机，骨水泥专用穿刺针及注射器。

1.3.1 对照组 由麻醉师完成全身阻滞麻醉，手术中采用C 臂X 线机选择正侧位置；确认穿刺针方向无误后，穿刺至目标椎体区前部及中部1/3 处，注入骨水泥，观察弥散情况继续注入骨水泥，至骨水泥到达椎体后壁；停止注射骨水泥，转动注射器并等待骨水泥凝固后再拔出。

1.3.2 3D 组 以DICOM 数据格式导入患者的CT及MRI 数据后，依据需要重建脊柱脊髓模型。应用Sina 软件图片透视到手术区位置，采用克氏针建立真实的置钉通道沿术前规划虚拟置钉通道，选取合适尺寸的螺钉依据虚拟脊柱模型的测量数据，沿克氏针所建立通道置入螺钉；行C 臂透射扫描证实穿刺针方向无误后进行穿刺，后续步骤和对照组一致。

1.4 观察指标

置入螺钉的准确性采用Gertzbein-Robbins 分级法进行评估[2]，根据项目条目评分分为：A 级椎体或椎弓根皮质无破坏；B 级螺钉穿透皮质<2mm；C 级螺钉穿透骨皮质≥2mm 且<4mm；D 级螺钉穿透骨皮质为≥4mm 且<6mm；E 级螺钉穿透骨皮质≥6mm。A 级和B 级螺钉被认为临床可接受；C、D 或E 级螺钉被认为是不良置钉。记录单钉置入时间、手术过程时间、手术中患者的出血量等指标。术后统计并记录疼痛缓解时间、手术后引流量及住院所用时间；其中腰腿痛采用视觉模拟评分量表（visual analogue scale，VAS）对患者疼痛水平进行评估，满分10 分[3]。

对患者随访至术后1 年，统计并发症发生率和生存质量得分，采用SF-12 量表评分分析患者长期的生存质量，并发症包括二次损伤、肺栓塞、感染、骨折未愈合、脊髓或神经根损伤、发热等[4]。

1.5 统计学方法

采用SPSS 22.0 统计学软件对数据进行处理分析。计量资料以均数±标准差（±s）表示，两组间比较采用独立样本t检验；计数资料以例数（百分率）[n（%）]表示，比较采用X2检验。P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者Gertzbein-Robbins 分级比较

3D 组患者共置入108 枚螺钉，其中颈椎23 枚、胸椎52 枚、腰骶椎33 枚；对照组患者共置入99 枚螺钉，其中颈椎20 枚、胸椎49 枚、腰骶椎30 枚。3D 组A+B 级的例数多于对照组A+B 级的例数（P<0.05），见表1。

表1 两组患者Gertzbein-Robbins 分级比较[n（%），n=33]

2.2 两组患者手术相关指标比较

3D 组单钉置入时间、手术时间、术中出血量低于对照组（P<0.05），见表2。

表2 两组患者手术相关指标比较（±s ，n=33）

表2 两组患者手术相关指标比较（±s ，n=33）

组别 单钉置入时间（min） 手术时间（min） 术中出血量（ml）对照组 17.87±1.79 51.17±3.45 25.04±3.12 3D 组 12.22±1.67 48.03±3.22 23.12±2.90 t 3.007 3.882 2.589 P 0.004 <0.001 0.012

2.3 两组患者术后指标比较

3D 组患者的疼痛缓解时间、术后引流量、住院时间低于对照组（P<0.05），见表3。

表3 两组患者手术后相关指标比较（±s ，n=33）

表3 两组患者手术后相关指标比较（±s ，n=33）

组别 疼痛缓解时间（d） 住院时间（d） 术后引流量（ml）对照组 3.73±1.23 15.87±2.46 69.80±8.02 3D 组 3.01±1.10 14.37±2.70 65.55±7.29 t 2.507 2.359 2.225 P 0.015 0.021 0.030

2.4 两组患者生存质量得分比较

两组患者中位随访时间（13.45±0.98）个月，3D组患者的SF-12 评分均高于对照组（P<0.05），见表4。

表4 两组患者的SF-12 评分比较（±s ，分，n=33）

表4 两组患者的SF-12 评分比较（±s ，分，n=33）

组别 手术结束时 术后6 个月 术后12 个月对照组 68.14±6.55 71.33±6.80 74.66±6.99 3D 组 71.76±7.23 75.66±7.09 80.23±7.24 t 2.132 2.532 3.179 P 0.037 0.014 0.002

2.5 两组患者并发症发生率比较

随访1 年，3D 组中1 例患者于术后出现椎弓根钉棒松动、轻度弯曲及螺帽脱落现象，经修护后无影响，未发生无钉棒断裂情况；发生感染1 例，并发症发生率3.03%（2/33）。对照组发生感染2 例、钉棒断裂1 例、二次损伤1 例、骨折未愈合2 例，并发症发生率18.18%（6/33）。3D 组并发症发生率低于对照组（χ2=3.995，P=0.046）。

3 讨论

骨质疏松性椎体压缩性骨折是一种常合并重要脏器及脊柱骨折的骨科创伤性疾病，常合并多组织系统疼痛，疾病恶化或未得到及时治疗可发生截瘫，严重威胁患者的生命安全。近年使用椎体强化术来改善患者的临床症状，手术的治疗对脊柱进行内固定，疗效确切，术后患者生存质量高[5-6]。近年相关学者开始通过3D Slicer 技术来提高椎体强化术治疗中置钉的准确性和手术的安全性，但目前尚无统一的结论。

相关文献表明，学者通过3D Slicer 技术完成椎体强化术治疗老年骨质疏松性椎体压缩性骨折具有较好的疗效，经治疗后患者脊柱获得理想复位和稳定性，且恢复快[7]；另有学者指出早期手术治疗可降低进行性神经损伤的发生和预防椎体晚期成角畸形[8]。同时有学者通过3D Slicer 进行定置针的穿刺，发现其疗效确切，患者骨功能恢复良好，有效改善了椎管狭窄的程度，患者疼痛程度、骨密度水平及生活质量均得到显著提高[9]。

本研究从文献报道中获取循证并结合临床经验，发现3D 组患者置钉位置更佳，手术指标佳。椎体强化术属于脊椎微创外科技术之一，是在影像学技术指导下将骨水泥经皮通过椎弓根外注入椎体内而加固病变椎体。此方法具有创口及血管损伤小、增加椎体稳定性、恢复快、手术后并发症少等优点。手术治疗可使神经组织彻底减压，有利于胸腰椎畸形矫正、重建脊柱稳定性。3D Slicer 技术的应用提高了手术治疗的准确性，通过对比观察指标发现3D 组患者术中出血少、手术时间短、恢复更快、骨再形成和恢复效果佳。3D-slicer 软件是一款功能丰富开源图像分析处理软件，临床资料显示其多被应用于经蝶内镜垂体瘤切除术、听神经瘤手术中[10-11]。该软件可直观、全面显示手术时解剖结构，有利于评估手术的难度和风险；另外，该软件对患者进行术前虚拟模型测量，选择合适直径的螺钉模拟置入螺钉的进针位置、角度及深度；手术时可通过手机上的Sina 软件据术前规划选择合适螺钉透视到椎体重叠到术区真实位置，提高置钉的准确性。根据刘畅等[12]报道的骨质疏松性椎体压缩性骨折术后应用椎体强化术出现并发症危险因素，发现在临床实际中3D Slicer 技术的使用可缩短手术时间和减少手术出血量，降低急性发热的发生率。

本研究中对患者随访至术后12 个月，发现其并发症发生率低，也证实其进行辅助手术操作的有效性。本研究结果与余立为等[13]研究结果有一定的差异，考虑与该研究只随访至治疗前期有关。随着脊柱损伤组织愈合椎间盘退变可趋向稳定，手术治疗可使脊柱达到新的平衡[14]。本研究中3D 组患者长期疗效率高于对照组患者，考虑3D-Slicer 的辅助治疗对准确治疗椎弓根周围有效，且后期影响较小。在长期的临床实践中，笔者发现该方法操作简便，无须购置额外设备，可在短时间内对3D-Slicer 进行建模学习，结合虚拟与增强现实更精确地进行辅助手术过程。

综上，椎体强化术结合3D Slicer 治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折可最大限度减轻患者的痛苦，具有胸腰椎矫形效果好、改善机体功能障碍的优势，在很大程度上减少医疗资源浪费。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。