摘要：目的探討運用計算機輔助技術(shù)建立先天性脊柱側(cè)凸個性化診療的新方法。方法運用CAD軟件對10例患者進行三維重建、測量，仿真模擬手術(shù)，根據(jù)術(shù)前測量評估及模擬手術(shù)指導手術(shù)治療。結(jié)果10例先天性脊柱側(cè)凸患者術(shù)前冠狀面Cobb's角平均54.5°，矢狀面Cobb's角平均31.9°。術(shù)前均進行三維數(shù)字化設計手術(shù)方案；術(shù)中椎弓根螺釘置入準確；手術(shù)時間平均3.1 h，平均失血量563.6 mL；術(shù)后畸形矯正均非常滿意，術(shù)后冠狀面Cobb's角平均11.0°（矯正率79.82%，P<0.05），矢狀面Cobb's角平均13.2°（矯正率58.62%，P<0.05），隨訪時間8~57個月，平均27.6個月。結(jié)論運用這種新的計算機輔助技術(shù)術(shù)前進行精確三維數(shù)字化設計，可以提高先天性脊柱側(cè)凸手術(shù)的安全性和精確性。

關鍵詞：三維數(shù)字化設計；先天性脊柱側(cè)凸；個性化手術(shù)半椎體是最常見的先天性脊柱畸形，其臨床表現(xiàn)復雜多樣，既往通過CT、X線片等二維圖像資料評估半椎體部位、結(jié)構(gòu)、畸形程度和設計手術(shù)方案[1]，常規(guī)手術(shù)方法存在缺陷，容易發(fā)生椎體畸形判斷不準確、切除范圍不精確、內(nèi)固定置入耗時長、置釘錯誤、矯形效果欠佳等問題[2]。現(xiàn)在計算機輔助技術(shù)如導航技術(shù)[3]、虛擬現(xiàn)實、三維數(shù)字化和無紙化設計的新時代已經(jīng)來臨[4]，近10年來我們采用醫(yī)學影像成像技術(shù)、圖像處理技術(shù)和計算機輔助技術(shù)等相結(jié)合而建立了我們自己獨特的計算機輔助骨科手術(shù)新方法[5-6]。

1資料與方法

1.1一般資料 2007年1月以來收治10例半椎體先天性脊柱側(cè)彎患者，男6例，女4例，年齡在12~33歲，平均年齡20.3歲，冠狀面Cobb's角平均54.5°，矢狀面Cobb's角平均31.9°，4例為側(cè)凸畸形，6例為側(cè)后凸畸形，均伴有明顯的椎體旋轉(zhuǎn)畸形。

1.2方法 患者首先行全脊柱CT掃描、三維重建，而后采用計算機輔助進行半椎體切除、矯形手術(shù)的三維數(shù)字化與無紙化設計，包括：計算機仿真模擬半椎體切除矯形手術(shù)、計算機輔助測量椎弓根釘直徑及長度等。

1.2.1全脊柱CT掃描、三維重建 將CT掃描獲得的二維圖像數(shù)據(jù)導入Mimics軟件，重建脊柱三維解剖模型。將CT掃描獲得的二維圖像數(shù)據(jù)導入Mimics軟件，采用閾值分割、區(qū)域增加等建立各個椎體的三維數(shù)字化模型。

1.2.2計算機仿真模擬半椎體切除、矯形、內(nèi)固定過程 將各椎體三維解剖模型輸入CAD軟件，在計算機上仿真模擬半椎體切除、矯形、椎弓根釘置入和內(nèi)固定棒置入等操作，驗證設計方案的可行性和進一步完善手術(shù)方案。

1.2.3測量椎弓根釘部位、直徑及長度 計算機輔助分析、測量各椎體三維模型的外形輪廓、解剖參數(shù)，確定每一個椎弓根螺釘?shù)娜朦c、方向，測量每一個椎弓根螺釘?shù)闹睆胶烷L度。

1.3統(tǒng)計學方法 采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件( SPSS公司，美國) 對計量資料進行統(tǒng)計學分析。對手術(shù)前后畸形度數(shù)的測量結(jié)果采用配對t檢驗進行統(tǒng)計學分析。檢驗水準α=0.05。

2結(jié)果

10例先天性脊柱側(cè)凸患者術(shù)前冠狀面Cobb's角平均54.5°，矢狀面Cobb's角平均31.9°。術(shù)前均進行三維數(shù)字化設計手術(shù)方案；術(shù)中椎弓根螺釘置入準確；手術(shù)時間平均3.1 h，平均失血量563.6 mL；有1例患者在術(shù)后9個月出現(xiàn)螺釘松動，胸背部疼痛，其余無失血性休克及其他臟器損傷、脊髓神經(jīng)損傷、腸系膜上動脈綜合征、胸膜破裂發(fā)生。患者均獲隨訪，隨訪時間8~57個月，平均27.6個月?；颊哂谛g(shù)后4 w佩戴腰圍下地行走。術(shù)后1 w復查X線片證實術(shù)后畸形矯正均非常滿意，矢狀面與冠狀面矯形均良好，椎弓根螺釘位置好。術(shù)后冠狀面Cobb's角平均11.0°（矯正率79.82%，P<0.05），矢狀面Cobb's角平均13.2°（矯正率58.62%，P<0.05），隨訪時間8~57個月，平均27.6個月，末次隨訪冠狀面Cobb's角平均10.6°，矢狀面Cobb's角平均14.7°，末次隨訪結(jié)果與術(shù)后1 w相比無統(tǒng)計學差異（P>0.05），見表1。截骨融合率為94.12%。

3典型病例

黃XX，男，16歲，因發(fā)現(xiàn)脊柱畸形3年余就診。體查：脊柱\"S\"形，腰段脊柱左側(cè)凸畸形，后枕部中點與臀中溝不在同一垂直線上，骨盆稍傾斜。X線拍片檢查：脊柱側(cè)彎畸形，L1半椎體畸形，見圖A、B。Marks分型為半分節(jié)半椎體。

3.1 CT掃描獲取數(shù)據(jù)、三維重建及計算機輔助分析 行脊柱CT掃描，三維重建建立脊柱解剖模型。計算機輔助分析L1左側(cè)半椎體，L1與T12椎體分節(jié)不全，局部左側(cè)凸畸形，見圖C。同時相應階段存在后凸畸形，三維測量冠狀面Cobb's角43.5051°，矢狀面Cobb's角為25.4567°，見圖D、E。

3.2計算機輔助三維測量椎弓根釘直徑及長度 按計劃切除L1半椎體，其上下分別于T11、T12、L2、L3固定兩枚椎弓根螺釘，根據(jù)椎體及椎弓根的形狀結(jié)構(gòu)，計算機輔助確定椎弓根螺釘?shù)闹睆胶烷L度。T11椎體椎體參數(shù)：椎體向左旋轉(zhuǎn)，椎弓根螺釘?shù)篱L度，左：Φ6.0 mm×39.9 mm，右：Φ6.0 mm×40.9 mm，見圖F。T12椎體參數(shù)：椎體前方向左旋轉(zhuǎn)；椎弓根螺釘?shù)篱L度，左：Φ7.0 mm×41.7 mm，右：Φ5.5 mm×41.7 mm；L2椎弓根螺釘?shù)篱L度，左：Φ6.5 mm×45 mm，右Φ6.5 mm×47.8 mm；L3椎弓根螺釘?shù)篱L度Φ7.0 mm×53.6 mm，右Φ7.0 mm×53.1 mm。

3.4仿真模擬手術(shù) 計算機模擬L1半椎體切除、椎弓根釘棒系統(tǒng)內(nèi)固定過程：①L3椎體前后左右對齊，模擬置入Φ7.0 mm×50 mm椎弓根螺釘。②L2椎體對齊，模擬置入Φ6.5 mm×45 mm椎弓根螺釘。③L1半椎體切除。④T12椎體對齊，T12椎弓根螺釘模擬置入：左：Φ7.0 mm×40 mm，右：Φ5.5 mm×40 mm。⑤矯正后凸畸形，見圖G。⑥T11椎體對齊，模擬置入Φ6.0 mm×40 mm椎弓根螺釘。⑦內(nèi)固定棒模擬內(nèi)固定，見圖H，I。

3.5手術(shù)過程 麻醉成功后，患者取俯臥位，常規(guī)術(shù)野消毒、鋪巾。取腰部T10-L3棘凸連線切口總長約15 cm，逐層顯露T10-L3雙側(cè)的椎板、小關節(jié)凸和橫凸。T11、T12、L2、L3上關節(jié)凸處開路、鉆孔；按計算機輔助確定的參數(shù)選擇相適應的椎弓根釘擰入，見圖J。根據(jù)術(shù)前計算機模擬切除過程進行L1半椎體楔形切除，截除骨塊形狀呈左寬右窄，后寬前窄。按照術(shù)前計算機模擬矯形復位進行矯正畸形。

3.6術(shù)后情況 患者術(shù)中出血量約800 mL，自體血回輸200 mL，術(shù)后第2d引流量400 mL，第3 d引流量20 mL，予以拔除引流管。術(shù)后復查X片：腰椎生理曲度恢復正常，冠狀面Cobb's角6°，矢狀面Cobb's角19°，T11、T12、L2、L3椎弓根螺釘位置好，見圖K、圖L，2013年5月來我院復查X片，冠狀面及矢狀面Cobb's角基本一致，無并發(fā)癥出現(xiàn)。

4討論

張永剛[7]等報告采用蛋殼樣掏空半椎體內(nèi)松質(zhì)骨、保留纖維軟骨后采用凸側(cè)釘棒系統(tǒng)壓縮的方法矯正畸形，劉祖德[8]等報告采用半椎體截骨+釘棒系統(tǒng)凸側(cè)壓縮的方法矯正畸形，以上兩種方法部分克服了半椎體切除術(shù)式的不足；但仍存在截骨部位和截骨角度術(shù)中評經(jīng)驗決定，缺少精確性，因為在三維空間上評借感覺進行外寬內(nèi)窄、前窄后寬的截骨很難合符實際需要。肖聯(lián)平 等[9]報道在紙樣上模擬截骨，觀察矯形效果，最終確定截骨部位和截骨角度，測出各截骨節(jié)段在棘凸和椎體后緣水平的截骨寬度，指導術(shù)中截骨量有一定指導意義；但是這種方法只是在二維圖像上設計手術(shù)，對復雜的半椎體畸形矯正同樣不精確。

在計算機上模擬半椎體截骨、內(nèi)固定手術(shù)等過程具有以下優(yōu)點：①通過仿真模擬手術(shù)了解術(shù)中可能遇到的問題，事先考慮補救方法和預防措施；②通過手術(shù)模擬比較各方案的優(yōu)劣，找出較好的手術(shù)方案，并不斷完善；③術(shù)前手術(shù)組人員在計算機上反復預演、交流，能夠加深對手術(shù)方案的熟練掌握、提高術(shù)中默契配合能力；④術(shù)前給患者及其家屬進行模擬展示，可以直觀顯示手術(shù)過程、三維顯示手術(shù)效果，加深患者對手術(shù)過程的了解，提高康復信心。

參考文獻：

[1]鄒德威，吳繼功，馬華松，等.半椎體切除治療先天脊柱側(cè)后凸畸形[J].中國脊柱脊髓雜志，2008，18（3）:191-195.

[2] Acosta FLJ，Thompson TL， Campbell S， et al. Use of intraoperative isocentric c-arm 3d fluoroscopy for sextant percutaneous pedicle screw placement: case report and review of the literature[J]. Spine， 2005， 5:339-43.

[3]Gebhard F， Weidner A， Liener UC， et al. Navigation at the spine [J].Injury，2004，35(suppl 1) :S-A35-A45.

[4]Holly LT，F(xiàn)oley KT.Intraoperative spinal navigation [J].Spine，2003，28 :S54-S61.

[5]丁煥文，涂強，王迎軍，等.數(shù)字化骨科手術(shù)新方法的建立及其臨床廣泛應用[J].中國骨科臨床與基礎研究雜志，2010，2(2):92-97.

[6]Huanwen Ding， Qiang Tu， Hong Wang， et al. Computer-assisted to personalized excision of bone tumer and precise bone reconstruction[J].Advanced materials research，2012.

[7]張永剛，王巖，張雪松，等.擴大蛋殼技術(shù)單純后路切除青少年胸腰段半椎體[J].脊柱外科雜志，2007，5（2）:69-71.

[8]劉祖德，李新鋒，胡光宇，等.后路單側(cè)經(jīng)椎弓根半椎體截骨治療青少年先天性脊柱側(cè)凸[J]. 中國骨與關節(jié)，2011，4（4）:270-274.

[9]肖聯(lián)平，江毅，劉智，等.強直性脊柱炎后凸畸形的外科治療[J].中國脊柱脊髓雜志，2004，14(9):527-530.

編輯/肖慧