数字骨科技术辅助经皮弯角椎体成形术在老年骨质疏松性胸腰椎压缩骨折中的临床应用研究*

余杰锋 张 炜 梁 亮 陈军平

遵义医科大学第五附属(珠海)医院,广东省珠海市 519100

随着全球人口老龄化的日益加剧以及人们对生活质量的重视,骨质疏松症(Osteoporosis,OP)逐渐成为影响老年人的一个突出的社会问题。骨质疏松性椎体压缩骨折(Osteoporotic vertbral compression fracture,OVCF)是最主要的一种骨质疏松症,可导致患者脊柱形态学改变、急性腰痛、慢性腰痛、日常活动能力下降等,患者的死亡率增高,该病对患者的身体、精神及生活质量造成极大威胁。有数据显示,在中国50多岁的女性中,骨质疏松性骨折的发生率约为15%,80多岁的女性中,骨质疏松性骨折的发生率高达37%[1-2]。对于OVCF的治疗方法主要有保守治疗和手术治疗。保守治疗最常见的方法就是用药结合卧床休息,但如果长时间卧床,会导致钙流失、褥疮、坠积性肺炎、深静脉血栓等一系列并发症发生,从而造成恶性循环发生。因此探索建立一种新型、精准、高效的经皮椎体成形手术方式,以期能大大缩短手术时间,减少穿刺创伤,降低放射暴露,减少术中出血和骨水泥渗漏等手术并发症极为重要[3]。本研究分析数字骨科技术辅助经皮弯角椎体成形术在老年骨质疏松性胸腰椎压缩骨折中的临床应用效果,报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入我院于2021年3月—2022年6月收治的单椎体OVCF患者90例,分为A、B、C组,各30例。其中A组男19例,女11例,年龄61～79岁,平均年龄(70.63±1.65)岁。B组男18例,女12例,年龄60～78岁,平均年龄(70.55±1.71)岁。C组男17例,女13例,年龄62～80岁,平均年龄(70.55±1.62)岁。本研究符合《世界医学协会赫尔辛基宣言》相关要求,患者知情同意且签署知情同意书。两组基本资料比较差异无统计学意义(P>0.05),可比较。

1.2 选择标准 (1)纳入标准:①老年人(60岁以上),单一椎体受累者;②有显著的痛感,MRI显示为新发的骨折,病变椎体与痛感相吻合,对正常的生活有一定的影响;③术前患者的骨密度T<-2.5;④术后追踪期至少3个月,并有相应的追踪记录及影像学记录。(2)排除标准:①发生在高能量状态下的脊柱发生爆裂性骨折,表现为脊体不稳定或伴有神经损害等;②陈旧性骨伤;③肿瘤、结核及其他感染导致的病理性骨折。④凝血功能障碍。⑤对骨水泥过敏史者。⑥无法配合手术者

1.3 数字骨科技术方法

1.3.1 病椎三维模型的建立:在X光下,用克氏针定位病变椎体,用油笔在病变椎体上画1条6～8cm横线,将病变椎体上的棘突点标记为A点,将横线两边的两块(病变椎体上3～5cm)贴上病变椎体上的棘突点标记为B点。对患者行胸部腰椎CT薄层扫描。德国西门子(Siemens)公司(Siemens)推出128层CT(128层CT),通常需要对病椎体上、下2个节段进行CT扫描,管电压为120kV,管电流为200mA,层数为1mm,由系统下载后,以医学数字图像与通讯(DICOM)的形式存储在便携式硬盘中。DICOM格式的CT片扫描影像输入交互影像控制系统MIMICS软件10.01(Materialise’s Interactive Mederical Image Control System,MIMICS)中并将病变椎体与病变椎体之间的关系进行了比较,确定病变椎体,并将病变椎体与病变椎体之间的1个节段作为重建区域。在此基础上,使用门限工具,设置合适的CT值(230～3 100H),将骨和软组织分开,形成一个单独的掩模。使用编辑工具,在3D窗口中互相参考,通过手绘、涂布,在一定区域内,分别构建出单独的椎体与椎间盘蒙版。然后,通过形态学操纵工具,对每个面具实施“扩张”和“刻蚀”,从而消除人工绘制过程中留下的“空洞”,并将每个面具重构成3D模型。采用相同的方法,制作出术前定位片子的3D模型,并用光滑仪对每一个模型进行平滑处理,得到更接近实际情况的3D模型。

1.3.2 术前数字化设计模拟:单侧入路腰椎成形:将腰椎成形术前定位片所处的位置作为患者后背皮肤水平,通过MIMICS软件MedCAD绘制出腰椎成形的虚拟平面。选择适当的水平,在病椎骨蒙版中,通过椎弓根单侧行路,模拟出椎体成形术的入针位置、入针角度和入针深度。手动描画出穿刺针,并构建出三维模型,之后再使用平移和旋转功能来调整三维模型,在三维视窗下,对穿刺针的位置进行设置和微调,使其更加符合手术实际情况,并确保其尾端穿过电极所在的虚拟平面。在每个视窗内,再次对各椎体、椎间盘模型的精度进行检验,在确定了穿刺针模型的位置与实际情况相吻合之后,使用MIMICS软件内的测量距离和测量角度工具,对穿刺针在虚拟平面内距离A、B电极旁开的距离进行测量,穿刺针尖端距虚拟平面的距离也就是进针深度,以及穿刺针与矢状面、冠状面形成的角度进行测量。

1.4 手术方法

1.4.1 A组采用数字技术辅助经皮弯角椎体成形术(PCVP)。术前通过数字化技术采集入组患者的影像资料,输入MIMICS,建立病椎体的3D模型,在手术中模拟穿刺位置,测量穿刺的角度和深度。手术过程中患者采用平躺位,胸部放置软垫。使用C臂机透视来对责任椎体进行定位,根据术前的模拟情况,用油笔在体表上做标记,从而确定椎弓根穿刺的进针点和穿刺角度,在进行局部麻醉之后,再进行单侧椎弓根穿刺,当穿刺针尖到达计划深度时停止穿刺,将针芯抽出来,通过穿刺针的外套管,将其放入弯角注入器,然后将其穿刺到对侧。将弯曲的角形穿刺针头拔下,然后安装好骨水泥输送管。配制骨水泥液,尽早注入骨水泥液,在注入过程中,逐步抽出骨水泥液,依次将骨水泥液注入对侧、中、穿刺侧。在固定好的骨水泥后,取出工作槽,将穿刺处包裹起来,完成手术。

1.4.2 B组采用常规双侧穿刺PVP组。通过对两个椎弓根的穿刺,形成一个工作管道,然后分别向两个方向注射骨水泥;余同静脉曲角针穿刺术。

1.4.3 C组采用常规单侧穿刺PVP组。在一侧椎弓根腔内置入,形成工作通道,然后在一侧注入骨水泥;余同弯角穿刺PVP组。

1.4.4 术后处理。手术后2h可适当翻身;术后1d戴腰托,下床活动,并服用抗骨质疏松症的药物。在手术第1天拍摄正侧位X片或CT来评价骨水泥的分布情况。

1.5 观察指标

1.5.1 术中情况。记录手术时间(术区消毒至拔除穿刺套管)、X线曝光次数、术中出血量及骨水泥注入量。

1.5.2 术后住院天数。出院条件:术后复检X光片或 CT,切口未见感染迹象,能下床活动,无合并疾病,无须住院治疗。

1.5.3 疼痛改善。于术前、术后24h、术后3个月采用疼痛视觉模拟评分(VAS)评估手术前后患者疼痛改善情况。

1.5.4 脊柱功能。于术前及术后6个月采用Oswestry功能障碍指数(ODI)评估手术前后患者腰胸椎功能状况,总分45分,分值越高功能状况越差。

1.5.5 术后并发症。术后观察正位和侧位X光片或CT检查是否有骨水泥浆漏出,当骨水泥浆在两个脊柱前方2/3处分布均匀,且在脊柱中心处同时存在时,为骨水泥浆质量较好;观察3个月后伤椎有无再次骨折和相邻椎体出现骨折的情况。

2 结果

2.1 三组手术指标比较 A组的手术时间、X线曝光次数、术中出血量、骨水泥注入量、术后住院时间均少于B、C两组,差异有统计学意义(P<0.05),见表1。

表1 三组手术指标比较

2.2 三组VAS评分、ODI评分比较 术前三组的疼痛评分、ODI评分比较差异无统计学意义(P>0.05),A组术后24h、3个月的VAS评分及术后6个月的ODI评分均低于B、C组,差异有统计学意义(P<0.05),见表2。

表2 三组VAS评分、ODI评分比较分)

2.3 三组术后并发症发生率比较 A组术后并发症总发生率低于B、C两组,差异有统计学意义(P<0.05),见表3。

表3 三组术后并发症发生率比较

3 讨论

随着手术器械的不断改良,PCVP已初步应用于临床,并得到了比较理想的结果。PCVP穿刺针套管的远端为弯角形,从单侧穿刺就可以达到对侧,可以进行多点连续低压注入骨水泥,让骨水在伤椎内均匀分布[4]。PCVP指的是将具有弹性的弯角骨水泥注入器放置在椎体的前1/3位置,从而在椎体内扩展出一条连续的弧形通道,这条通道穿过椎体的中部,并延伸到椎体的对侧。PCVP的骨水泥出口在弯角弧形的背侧,在连续的弧形通道内,可以边退出注入器边进行连续多点注射,骨水泥从椎体前柱向中后柱连续弧形弥散,较传统PVP的骨水泥分布更加均匀[5]。PCVP是一种集单侧与双侧入路于一体的新型手术方式,充分发挥NiTi合金良好的回弹力,在不需要过分向后倾斜的情况下,单侧就可以将穿刺针送至椎体对侧,并通过孔道注入,使得骨水泥在骨折椎体(对侧、椎体中部、穿刺侧)弥散性分布,增强椎体稳定性,更符合脊柱“三柱支撑”的要求[6]。

近年来,数字化骨科三维重建技术和相关计算机软件的出现与不断发展,也为现代椎体成形手术提供了研究和解决上述问题的新途径。通过CT等影像设备扫描获取患者的DICOM数据[7]。然后利用此数据结合数字有限元分析软件进行术前数字化设计,进行建模,模拟术中定位穿刺等操作,手术个体化程度高,可根据患者不同情况,特别是合并有重度骨质疏松、脊柱侧弯和后凸畸形的老年人,设计不同的穿刺进针入点和方向、穿刺深度,达到精准测量和手术的目的,可以减少术中透视次数、增加穿刺准确性,减少穿刺并发症的发生[8]。本研究拟运用数字骨科技术,在CT成像基础上采用Mimics软件制作OVCF的三维有限元模型,对病椎模型进行精准测量,模拟椎体成形经单侧椎弓根穿刺,并结合经皮弯角椎体成形术技术,进行个体化术前设计。本研究结果显示,A组的手术时间、X线曝光次数、术中出血量、骨水泥注入量、术后住院时间均少于B、C组,A组术后24h、3个月的VAS评分及术后6个月的ODI评分均低于B、C组;A组术后并发症总发生率低于B、C组,差异有统计学意义(P<0.05)。可见数字骨科技术辅助经皮弯角椎体成形术在老年骨质疏松性胸腰椎压缩骨折中具有较高的临床应用价值,有利于恢复患者的腰椎功能。分析原因:(1)基于精准CT影像,构建精准的3D有限元建模,可以更好地了解骨折部位的解剖及解剖特征,为患者制定个体化的治疗方案。(2)使用Mimics模拟了通过椎弓根针入的过程,可以获得病变椎体需要的最佳穿刺点,而且可以通过体表处的皮肤来获得,这样既可以增加穿刺点的精确度,又不会对周围的主要器官造成损伤。(3)PCVP综合了单侧进路和双侧入路两种方式的优势,通过持续地将骨水泥注入脊柱,提高了骨水泥的分散度,增强了脊柱的稳定性,更加满足了“三柱理论”的生物力学需求,降低了患者远期再骨折的风险。(4)可以降低术中对穿刺点的检查,或在术中对穿刺点进行多个检查,从而降低了手术的耗时、失血量、照射量和骨水泥的泄露率。(5)利用Mimics软件对患者进行个性化建模,获得定量、客观性的资料,能更好地预测患者的病情变化,对患者的病情做出准确的预测及评估,进而指导患者的恢复方案。(6)本项目所采用的技术和设备均较为简便,仅用普通电脑即可运行,并且易于实施,不增加患者的经济压力,因此,本项目的研究成果将具备良好的应用前景和社会意义,并具备良好的普及前景[9-10]。

综上所述,数字骨科技术辅助PCVP新技术的科学性及有效性,对开展骨质疏松椎体压缩骨折手术具有显著的辅助作用,其具有广阔的临床应用前景和社会效益。